Bioprosessmodellering (MLJ680)
De overordnede målene for emnet er å overføre kunnskap om prinsippene for modellering og simulering av biosystemer, og sette ingeniøren i stand til å konstruere modeller av biokjemiske prosesser utført i aktivert slamsystemer. I tillegg vil teknikker for kalibrering og verifisering av de biokjemiske modellene bli dekket, og applikasjoner på simuleringsbasert design av karbon- og næringsfjernende aktivert slamsystemer vil bli eksemplifisert.
Dette er emnebeskrivelsen for studieåret 2023-2024
Emnekode
MLJ680
Versjon
1
Vekting (stp)
5
Semester undervisningsstart
Høst
Antall semestre
1
Vurderingssemester
Høst
Undervisningsspråk
Engelsk
Innhold
Emnet fokuserer på matematisk modellering og simuleringsprinsipper for mikrobiologiske prosesser, med vekt på design og analyse av konstruerte systemer som avløpsrenseanlegg. Matematisk modellering representerer et forenklet bilde av komplekse systemer med fokus på de viktigste/dominerende prosessene, og noen forenklede antakelser. Den vanligste modelleringstilnærmingen er steady state-antakelsen der tilførsel av masse er konstant og reaksjoner i systemene skjer med en konstant hastighet, noe som resulterer i en konstant utgang av masse fra systemet. Steady state brukes ofte i design da forutsetningene som er gjort normalt har små effekter på de endelige resultatene. Steady state beskriver én spesifikk situasjon og det gjøres normalt flere beregninger for ett system for å se effekter av relevante variable faktorer, for eksempel vanntemperatur.
For å bekrefte gyldigheten av steady state-beregningen går man videre til å inkludere variasjoner i input som resulterer i variabel prosesskinetikk og støkiometri og et variabelt utløpsregime, som krever en ikke-steady state-modellering. Den ikke-steady state-modelleringen utvikler seg ved å definere en starttilstand (for alle variabler) og utføre suksessive beregninger over små tidstrinn for å produsere en dynamisk (variabel) respons av systemets reaksjonshastigheter og endelig utgang. Denne tilnærmingen krever datamaskinberegningskapasitet og implementering av et dataprogram.
I dette emnet vil AQUASIM og SUMO bli introdusert og brukt til dynamisk modellering og simuleringer av akvatiske systemer. Programmet gjelder både for konstruerte systemer (vann- og avløpsvannbehandling) og naturlige systemer (innsjøer, elver og jordsøyler).
Læringsutbytte
Etter fullført emne skal studenten ha oppnådd følgende læringsutbytte i form av kunnskap, ferdigheter og kompetanse:
- Prinsipper for konstruksjon av biosystemmodeller
- Bruk av AQUASIM og SUMO-programvarene som verktøy for modellering av aktivert slam- og biofilmsystemer
- Konstruksjon for flerkomponentmodeller for aktivert slamsystemer
- Kalibrering og verifikasjon av biokjemiske modeller
- Simuleringsbasert design av aktiverte systemer som fjerner karbon og næringsstoffer
Forkunnskapskrav
Eksamen / vurdering
| Vurderingsform | Vekting | Varighet | Karakter | Hjelpemiddel |
|---|---|---|---|---|
| Muntlig eksamen | 1/1 | Bokstavkarakterer |
Vurderingen vil være basert på en innlevert modelleringsrapport utarbeidet av studenten om et gitt tema. Rapporten vil bli vurdert ved en avsluttende muntlig eksamen.