Wastewater Characterisation for Design and Modelling of Primary Settlers at Municipal Wastewater Treatment Plants
(2023) EIEM01 20231Industrial Electrical Engineering and Automation
- Abstract
- The primary settling tank (PST) is often one of the first treatment steps at a wastewater treatment plant (WWTP) and is the first process in the plant to remove significant amounts of suspended solids. Its role in wastewater treatment however, has oftentimes been neglected and little effort has been made to optimize and model the process. The PSTs have historically been designed based on hydraulic surface loading rates and expected suspended solids removal based on old rules of thumb, without considering the physical properties of the incoming wastewater such as settling properties of the sus- pended solids and composition of the wastewater in terms of solubles/particulates and biodegradable/inert material.
In this project, the incoming... (More) - The primary settling tank (PST) is often one of the first treatment steps at a wastewater treatment plant (WWTP) and is the first process in the plant to remove significant amounts of suspended solids. Its role in wastewater treatment however, has oftentimes been neglected and little effort has been made to optimize and model the process. The PSTs have historically been designed based on hydraulic surface loading rates and expected suspended solids removal based on old rules of thumb, without considering the physical properties of the incoming wastewater such as settling properties of the sus- pended solids and composition of the wastewater in terms of solubles/particulates and biodegradable/inert material.
In this project, the incoming suspended solids, particulate chemical oxygen demand (COD) as well as the inert and biodegradable parts of the particulate COD at two different WWTPs have been characterized based on their settling velocities. A model of the PST using groups with different settling velocities has also been set up to validate the results and it has been used to compare with current design guidelines for the PST. The characterization has been done with a settleometer consisting of five different columns and a calculation procedure for considering the misplacement of particles in the settleometer has been developed. The results indicate that the settling velocity distribution of the particles vary between different WWTPs and that a model based on the particle settling velocity distribution concept yields good results, but some modification of the assigned distribution had to be made. A broader distribution of the settling velocity groups is needed to model the PST outside its normal overflow range. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Hur snabbt sjunker din skit?
"Hur snabbt sjunker din skit?"- är faktiskt rätt bokstavligen vad som har undersökts i detta exjobbet där inkommande partiklar på ett avloppsreningsverk har karakteriserats efter deras sedimenteringshastighet. Resultaten visar att fördelningen av hastigheter skiljde sig från ett reningsverk till ett annat. En modell av försedimenteringen baserad på en fördelning av partiklarna i olika grupper med olika hastigheter och andelar klarade även på ett bra sätt av att uppskatta reningsgraden av vattnet, vissa modifikationer behövdes dock göras gentemot den uppmätta fördelningen.
Försedimenteringen, dvs. en stor bassäng där man avlägsnar partiklar genom att låta dem sjunka ner till botten, är ett av de första... (More) - Hur snabbt sjunker din skit?
"Hur snabbt sjunker din skit?"- är faktiskt rätt bokstavligen vad som har undersökts i detta exjobbet där inkommande partiklar på ett avloppsreningsverk har karakteriserats efter deras sedimenteringshastighet. Resultaten visar att fördelningen av hastigheter skiljde sig från ett reningsverk till ett annat. En modell av försedimenteringen baserad på en fördelning av partiklarna i olika grupper med olika hastigheter och andelar klarade även på ett bra sätt av att uppskatta reningsgraden av vattnet, vissa modifikationer behövdes dock göras gentemot den uppmätta fördelningen.
Försedimenteringen, dvs. en stor bassäng där man avlägsnar partiklar genom att låta dem sjunka ner till botten, är ett av de första ordentliga reningsstegen på ett avloppsreningsverk. Hur bra den fungerar påverkar effekten av nästföljande steg då den förändrar sammansättningen av både vattnet som går vidare samt slammet, dvs. sörjan av partiklar som tas ut i botten. Processen avgör därmed både hur mycket energi som krävs för resterande reningssteg (vattnet) samt hur mycket biogas som kan produceras på verket (slammet). Dess roll i reningsprocessen har dock ofta försummats och väldigt lite fokus har lagts på att optimera processen. Försedimenteringen brukar dessutom bara designas baserat på flöde, dvs. ingen hänsyn tas till sammansättningen i vattnet och fördelningen mellan snabbt och långsamt sjunkande partiklar. Med striktare reningskrav, ökad belastning och brist på yta att expandera till ökar dock fokuset på detta reningssteg. Att undersöka hastighetsfördelningen för partiklarna i vattnet av olika ämnen kan hjälpa till att öka förståelsen för processen vilket bidrar till bättre möjligheter till att optimera den.
För att bestämma hastighetsfördelningen av partiklarna använder man sig av en uppställning där man delar upp dem i olika grupper efter hastigheterna med vilka de sjunker. I detta projekt användes en uppställning beståendes av 5 stycken rör av ökande diametrar. I uppställningen pumpas vattnet in från botten av det första röret och från toppen leds det vidare till botten av nästa. Med en bestämd flödeshastighet avtar därmed hastigheten med vilken vattnet rör sig uppåt i de olika rören. I varje rör fångas alla partiklar med en sedimenteringshastighet större än vattnets uppflödeshastighet och med tiden samlas det mer och mer partiklar och skillnaden mellan de olika grupperna blir tydligare. Mängden partiklar som är felplacerade (dvs. i ett tidigare rör än vad de bör vara baserat på deras sedimenteringshastighet) har dock visat sig vara betydande och en beräkningsmetod för att ta hänsyn till detta har här utvecklats.
Uppställningen som användes i projektet är dessutom fortfarande under utveckling och förhoppningen är att beräkningsmetoden som utvecklats kan ligga till grund för en bättre uppskattning av hastighetsfördelningen i framtida projekt. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9112821
- author
- Westin, Louise LU
- supervisor
- organization
- course
- EIEM01 20231
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Primary Settling Tank, Wastewater Treatment, Settleometer, Particle Settling Velocity Distribution, Modelling.
- report number
- LUTEDX/(TEIE-5489)/1-125/(2023)
- language
- English
- id
- 9112821
- date added to LUP
- 2023-04-18 09:28:18
- date last changed
- 2023-04-18 09:28:31
@misc{9112821,
abstract = {{The primary settling tank (PST) is often one of the first treatment steps at a wastewater treatment plant (WWTP) and is the first process in the plant to remove significant amounts of suspended solids. Its role in wastewater treatment however, has oftentimes been neglected and little effort has been made to optimize and model the process. The PSTs have historically been designed based on hydraulic surface loading rates and expected suspended solids removal based on old rules of thumb, without considering the physical properties of the incoming wastewater such as settling properties of the sus- pended solids and composition of the wastewater in terms of solubles/particulates and biodegradable/inert material.
In this project, the incoming suspended solids, particulate chemical oxygen demand (COD) as well as the inert and biodegradable parts of the particulate COD at two different WWTPs have been characterized based on their settling velocities. A model of the PST using groups with different settling velocities has also been set up to validate the results and it has been used to compare with current design guidelines for the PST. The characterization has been done with a settleometer consisting of five different columns and a calculation procedure for considering the misplacement of particles in the settleometer has been developed. The results indicate that the settling velocity distribution of the particles vary between different WWTPs and that a model based on the particle settling velocity distribution concept yields good results, but some modification of the assigned distribution had to be made. A broader distribution of the settling velocity groups is needed to model the PST outside its normal overflow range.}},
author = {{Westin, Louise}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Wastewater Characterisation for Design and Modelling of Primary Settlers at Municipal Wastewater Treatment Plants}},
year = {{2023}},
}