Så kan vatten renas med hjälp av matematik

I många reningsverk renas vatten med hjälp av biologiska processer där bakterier bryter ner organiskt material. Det låter enkelt, men är i praktiken långt ifrån det – och här är matematiken användbar, menar Stefan Diehl.

– Genom att beskriva processen för vattenrening med hjälp av matematik kan vi simulera vad som händer när förutsättningarna ändras. Som exempelvis när det regnar mycket. Då förändras både vattenflödet och koncentrationen av biomassa, och det påverkar hur effektiv reningen blir, säger han.

En algoritm som används i verkligheten

Ett konkret resultat av Stefan Diehls forskning är den så kallade ”Bürger Diehl-modellen”, en simuleringsalgoritm som Stefan Diehl tagit fram tillsammans med matematikern Raimund Bürger vid University of Concepción i Chile.

– Modellen kan användas för att beskriva hur biomassa rör sig och separeras vid rening av avloppsvatten. Sådana processer är svåra att förutsäga exakt eftersom det är så många faktorer som samverkar och påverkar utfallet, säger Stefan Diehl.

Med hjälp av Bürger Diehl-modellen går det att testa olika scenarier där parametrar som temperatur och kraftigt regn förändras.

Den matematiska modellen har till viss del kommersialiserats. Den finns i en kommersiell simulator och används av olika aktörer som arbetar med vattenrening, framför allt internationella forskargrupper inom avloppsvattenbranschen, säger Stefan Diehl.

Matematikens roll i en föränderlig värld

Matematiska modeller används inte bara i vattenrening, utan också inom annan klimatforskning. När klimatet förändras blir variationerna större – med fler skyfall, översvämningar och perioder av torka.

– Processer med många variabler, och där sambanden mellan dessa är extra komplicerade, är just där matematiken är som mest användbar, säger Stefan Diehl.

Genom att kombinera data, fysik och avancerad numerisk analys kan vi inom forskningen bygga modeller som ger bättre beslutsunderlag – både inom samhällsplanering och miljöarbete, berättar Stefan Diehl.

Från slump till samhällsnytta

Att Stefan Diehl började forska om vatten var till stor del en slump. Han gjorde sitt examensarbete på LTH om avloppsrening, det ledde vidare till en doktorsavhandling inom samma område – och så småningom till forskning som idag används i praktiken.

Stefan Diehls arbete görs ofta i samarbete med forskare inom andra områden, som kemiteknik och biologi, och den utgår i hög grad från verkliga problem. Det kan handla om en industriell process som är svår att styra, eller en reningsmetod som kan förbättras.

– Det finns ett behov av att förstå processerna. Om vi lägger till avancerad matematik så kommer vi lite längre, säger Stefan Diehl.

Matematiken spelar alltså en avgörande roll – genom att göra det osynliga begripligt, och det komplexa lättare att hantera.

– För den som står utanför kan matematisk forskning verka abstrakt. Men kopplingen till verkligheten är tydlig: rent vatten är ju en av våra viktigaste resurser, säger Stefan Diehl.

Stefan Diehl intervjuades i LTH-nytt 1995 i samband med sin disputation. Hans avhandling hette "Conservation laws with application to continuous sedimentation".