Bachelor's Thesis

Activated sludge model for small-scale water treatment plants

Final Thesis 4.52 MB Appendix 2.19 MB

Author of thesis: Matěj Duhajský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Dominik Řičánek

Reviewer: Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Abstract:

This thesis addresses the issue of modelling biological wastewater treatment. The main objective of the thesis is the implementation of the Activated Sludge Model No. 1 (ASM1) and its adaptation to the real operational conditions of a specific wastewater treatment plant. The introductory part presents a review of the principles of wastewater treatment plants, the activated sludge process, and basic approaches to dynamic system modelling. Furthermore, the structure of ASM models is described in detail, with particular emphasis on the ASM1 model. The practical part focuses on the implementation of the model in the MATLAB/Simulink environment using the Benchmark Simulation Model No. 1 (BSM1) and its modification for a sequencing batch reactor (SBR). Subsequently, the simulation results are evaluated and their agreement with the expected system behaviour is discussed. The thesis demonstrates the potential of ASM model as tool for process analysis, operational optimisation, and future control strategy design.

Keywords:

Wastewater treatment plant; activated process; activated sludge model; ASM1; BSM model; SBR; MATLAB/Simulink.

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta. Navazující otázka komise směřovala k použitým datovým sadám. Komise se dále zeptala na upřesnění označení indexů použitých veličin. Jsou vytvořené modely využitelné v reálu? Student odpověděl na položené otázky komise bez výhrad.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Dominik Řičánek

Student Matěj Duhajský zpracovával téma modelování čističek odpadních vod pomocí modelů z rodiny ASM v prostředí Matlab/Simulink.
Podařilo se mu nastudovat fungování ASM1 a upravit ho pro využití v prototypu granulační nádrže v ČOV Modřice a klasické nádrže v malé ČOV Přítluky. Ačkoliv se výstupy výrazně liší co do samotné hodnoty veličiny, podařilo se studentovi vytvořit model schopný aproximovat jejich časový průběh a prokázat tak možnost další úpravy již existujících modelů pro využití v malých ČOV. Pan Duhajský pravidelně chodil na konzultace, byl vždy připravený s věcnými otázkami a jinak postupoval samostatně. Práce má obsahově 40 stran, z čehož teoretická část zabírá 14 stran a praktická část 23 stran. Práce s literaturou je kvalitní a student cituje 20 relevantních zdrojů.
Student tímto prokázal dostatečné bakalářské schopnosti a práci doporučuji k obhajobě se stupněm B (80b). Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Zadání patří ke složitějším díky řešení vícerozměrného dynamického systému. Student musel nastudovat širší problematiku a pochopit závislosti. Dalším omezením v řešení bylo malé množství vstupních dat, které považuji pro kvalitní řešení za nedostatečné. Jelikož se jednalo o úvodní studii, mohlo být výsledkem i stanovení jaké sady dat jsou nutné pro stanovení kvality modelu.
Zadání je značně volné, jelikož se mělo patrně jednat o prvotní hodnocení. Bohužel student k práci nepřistoupil systematicky správně. Příliš se spoléhal na nastudovanou literaturu a zvyky z velkých ČOV, které bral jako dané. V případě značných odchylek, které obdržel, se měl spíše zaměřit na novou definici problému s určením vhodných, nebo alespoň minimálních vstupních dat a měření, pro které má řešení a identifikace systému smysl. 
V práci není popsána volba/hodnoty parametrů DECAY, SETTLER, TEMPMODEL a ACTIVATE. Přitom jsou to hodnoty popisující kvalitu procesu, pouze se konstatuje jejich nastavení na hodnotu 1. Bližší zdůvodnění toho, proč by tyto hodnoty měly být bližší realitě, než jiné uveden není.  Tato diskuze není provedena ani později, kdy by bylo nutné hledat zdroj výrazných odchylek.
Ve vzorci 4.2, který obsahuje vstupní data pro hodnocení, je multiplikativní koeficient umístěn na špatnou stranu. Bohužel se mi nepodařilo zjistit v přítomném kódu (Přítluky), zda je tento vzorec použit v uvedeném znění a ani student neuvádí, ve které fázi úpravu použil.
Student zpracoval i dvě konkrétní ČOV. Vytvořil jejich modely a pokusil se je srovnat se simulací v modelu. V obou případech jsou z reality k dispozici spíše data výstupní (vzhledem k systému). Výstup modelu je zvláště u prvního případu značně odlišný. Ve druhém případu jsou vstupní data do systému velice střídmá. Zajímavé je, že právě u druhého systému jsou výstupy z modelu kvalitnější. Pro srovnávání průběhů bylo vhodnější používat spíše chybu relativní než absolutní.
Předložená práce má odpovídající rozsah, členění odpovídá důležitosti. Z hlediska prvotní studie lze ocenit provedenou rešerši a rozpracování SW i zisk datové sady. V některých pasážích by text mohl být podrobnější, jelikož orientace v takto rozlehlé problematice a přebíhání mezi datovými sadami a modelem s realitou je náročné.
I přes uvedené výtky práce svědčí o bakalářských schopnostech studenta. Topics for thesis defence:
  1. Jaké vlastnosti by měla splňovat dodaná vstupní data aby mohlo dojít ke kvalitnímu zhodnocení modelu?
  2. V textu je uvedena optimalizační funkce – vzorec 4.4. Které hodnoty optimalizovala a jakým způsobem? Jak se změnily optimalizované hodnoty oproti původně zvoleným hodnotám?
Points proposed by reviewer: 60

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová