The interplay between rapid gravity filter performance and its underdrain system - an assessment of an alternative filter underdrain design

Abstract (Swedish)

För att utvärdera en relativt ny typ av filterbottensystem som finns installerat i ett flertal vattenverk i Sverige så gjordes en bedömning av samspelet mellan ett snabbfilters prestanda och dess filterbottensystem. Målet var att bedöma filterbottensystemets påverkan på kvaliteten av det
filtrerade vattnet och på energikonsumtionen under backspolningsprocessen och att använda denna information för att utvärdera prestandan hos filterbottensystemet Triton. En utförlig litteraturstudie genomfördes som visade att utformningen av filterbottensystemet märkbart påverkar tryckfallet i filtret, och därför också energikonsumtionen, men att utformningen inte i större grad påverkar kvaliteten av det filtrerade vattnet. Slutsatsen drogs att filterbottensystemet Triton har en gynnsam utformning för att minska tryckfall i filtret, och därför också energiåtgången, och att dess form och ytliga gallerdesign förbättrar backspolningsprocessen. Data från olika vattenverk i Sverige som använder sig av filterbottensystemet Triton samlades in för utvärdering av filterbottens kapacitet och resultaten pekar på att med korrekta inställningar för backspolningsprocessen så verkar filterbottensystemet både vattensparande och energisparande.

Abstract

The interplay between the performance of a rapid gravity filter and its underdrain system was to be assessed in order to evaluate the performance of an unconventional underdrain system that is installed in a number of water treatment plants in Sweden. The aim was to assess the
influence of the underdrain system on the filtered water quality and the energy efficiency of the backwash process of the filter and use this information to evaluate the unconventional Triton UnderdrainTM system. A thorough literature study showed that the design of the underdrain significantly affects the head loss in the filter, and thus also the energy efficiency, but that filtered water quality is most likely unaffected by the same. It was concluded that the Triton UnderdrainTM system has a favorable design to decrease head loss and energy demand and that it provides an improved backwash efficiency due to its shape and screening technology. Data from various plants in Sweden operating their filters with the Triton UnderdrainTM system was collected and evaluated and the results point to the suggestion that with proper operation of the backwash process, the underdrain system generates both water savings and energy savings. The matter should, however, be investigated further.

Popular Abstract (Swedish)

Filterbottens utformning kan påverka energibehovet vid framställning av dricksvatten!

En övergripande studie visar att prestationen hos filter i vattenverk påverkas av utformningen av dess botten. För att effektivisera de vattenverk som behandlar vårt vatten kan därför moderna filterbottensystem installeras.

Vid filtrets botten samlas det filtrerade vattnet in för att transporteras vidare i vatten- /reningsverket. Denna uppsamling av filtrerat vatten sker med hjälp av ett filterbottensystem, vars utformning och utseende har visat sig påverka tryckförlusterna som sker i ett filter och som därför också påverkar en del av den mängd energi som krävs för att driva filtret. I den övergripande studie som gjorts har det specifika filterbottensystemet Triton använts som försöksobjekt för att försöka påvisa vilka fler effekter filterbottensystemet kan ha på filtrationen i olika vattenverk. Resultaten pekar bland annat på att Tritonsystemet kan öka mängden filtrerat vatten som filtret kan producera, utan att påverka dess dimensioner, och att både spolvattenmängd och energiåtgång vid backspolning av filter kan påverkas.
Vid utvärderingen av Tritonsystemet användes data som samlats in från filter i två olika vattenverk samt ett reningsverk lokaliserade i Sverige. En exakt jämförelse av filternas prestanda kunde inte göras eftersom omständigheterna för filtrationsprocessen skiljer sig mellan de olika verken, men en övergripande utvärdering av filterbottens prestation har gjorts med avsikt att lägga en grund för vilka vidare studier som kan vara intressanta att utföra. Resultaten pekar på att det med ett Tritonsystem finns en möjlighet att eventuellt utöka tiden mellan backspolningarna och därmed utöka filtrets effektiva användningstid, vilket leder till en minskad åtgång av energi i relation till den mängd vatten som kan behandlas av filtret.
Denna förberedande studie är avsedd att lägga grunden för fortsatta studier över filterbottens effekt på filtrationsprocessen i vanliga filter. Resultaten pekar främst på de möjliga fördelar som finns med att optimera filterbottens design och på de möjliga fördelar som finns med att välja Tritonsystemet. För att helt säkert kunna bevisa filterbottnens effekt på filtrationsprocessen bör dock fler och noggrannare studier genomföras inom området och för att på ett rättvist sätt jämföra Tritonsystemet med andra system bör data samlas in från en eller flera källor där de olika systemen får behandla liknande vatten under liknande omständigheter.
Många vattenverk och reningsverk i Sverige är i dagsläget gamla och/eller underdimensionerade. Ofta är det aktuellt med nybyggnation eller renovering av verk och vid dessa tillfällen måste ett val av filterbottensystem göras. Den övergripande studie som genomförts kan vägleda i valet av filterbottensystem genom att tydliggöra hur filtret påverkas av olika utformningar av bottensystemet. Beroende på vad som är mest intressant att effektivisera i det aktuella fallet, om det är mängden spolvatten, energiåtgången eller någon annan faktor, så kan denna inledande studie ge en fingervisning om hur en sådan effektivisering kan åstadkommas och tanken är att arbetet ska komma till nytta för den som vill engagera sig i vidare studier inom området, såväl som för drifttekniker och beslutsfattare på olika vatten- och/eller reningsverk. Resultatet av arbetet kan bland annat användas för att arbeta vidare med energibesparingar inom dricksvattenproduktion och avloppsvattenrening.

• author: Roos, Nathalie
• supervisor: Michael Cimbritz
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVAM05 20191
• year: 2019
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: rapid gravity filtration, underdrain system, Triton Underdrain, water, energy, filter backwash, water engineering, environmental engineering, vattenförsörjningsteknik, avloppsteknik
• report number: 2019-04
• language: English
• id: 8986752
• date added to LUP: 2019-07-04 16:49:55
• date last changed: 2019-07-04 16:49:55