Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Evaluating the Hydraulic Performance of a GAC Filter Pilot Plant at Rya WWTP

Monrad-Aas, Theodor LU (2026) VVAM05 20261
Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract
The implementation of the revised urban wastewater treatment directive (UWWTD) introduced mandatory micropollutant abatement or quaternary treatment for many wastewater treatment plants (WWTPs) within the EU. Rya WWTP in Gothenburg, which is treating almost 880,000 PE of water, must find and implement a suitable option by 2045 at the latest. One alternative is granular activated carbon (GAC) which was previously pilot tested, but the results were inconclusive. Therefore, a new GAC pilot plant was commissioned and has been running since July of 2025. It has an EBCT of 22 min, a bed height of 2.7 m, filter area of 1 m2 and influent flow rate of 7.5 m3/h. The GAK pilot plant has exhibited deteriorating hydraulic performance over an extended... (More)
The implementation of the revised urban wastewater treatment directive (UWWTD) introduced mandatory micropollutant abatement or quaternary treatment for many wastewater treatment plants (WWTPs) within the EU. Rya WWTP in Gothenburg, which is treating almost 880,000 PE of water, must find and implement a suitable option by 2045 at the latest. One alternative is granular activated carbon (GAC) which was previously pilot tested, but the results were inconclusive. Therefore, a new GAC pilot plant was commissioned and has been running since July of 2025. It has an EBCT of 22 min, a bed height of 2.7 m, filter area of 1 m2 and influent flow rate of 7.5 m3/h. The GAK pilot plant has exhibited deteriorating hydraulic performance over an extended period, with filter run times decreasing from an average of ca 12 hours to 3 hours with low TSS loads before backwashing. Therefore, this thesis was primarily aimed at evaluating, localising and combatting the poor hydraulic performance, and secondarily to evaluate the treatment performance in relation to the revised UWWTD, standard parameters and PFAS-24.
A method was developed that successfully localised and quantified the pressure drop for GAC from different depths of the bed. By tracking changes in hydraulic resistance over time, it could be concluded that the main hydraulic bottleneck was localised to the top of the GAC bed. Following remediation of the problem, the filter run time improved to a mean of 24 h. However, despite more aggressive backwashing and mass balances that indicated TSS were overall removed from the GAC filter, the deterioration in the hydraulic performance resurged after three weeks. Particle size distribution (PSD) analysis confirmed stratification of the bed which can contribute to surface filtration and rapidly increasing pressure drop. Because mean influent TSS concentration and filter run time only showed weak to no correlation, along with a presence of biofilm in the GAC filter and on the particles, significant DO and BOD removal as well as indications of nitrification suggests the problem is associated with biofilm growth. The MP abatement performance was still in accordance with the UWWTD after ~12,000 treated bed volumes (BV) with 86% elimination based on the best combination of substances. However, treatment performance for PFAS-24 reached below 80% already at ~5,000 treated BV. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Hög vattenåtgång sätter käppar i hjulet för nytt reningssteg mot mikroföroreningar på Ryaverket.
För att inte bryta mot ny EU-lag måste Ryaverket i Göteborg införa ett nytt reningssteg senast 2045. Målet är att bli av med flertalet ämnen som utgör risker för folkhälsan och miljön. Därför testar man nu ett så kallat kolfilter. Reningensprestandan fungerar hittills bra, men vad gör man om man tvingas använda upp stora delar av det renade vattnet för att rena själva kolfiltret?
Huvudsyftet med avloppsvattenrening är att skydda både folkhälsan och miljön. Genom att rena bort organiskt material, näringsämnen och smittämnen motverkas syrebrist, övergödning, och spridning av sjukdomar. Detta sker till stor del genom att naturens egna processer... (More)
Hög vattenåtgång sätter käppar i hjulet för nytt reningssteg mot mikroföroreningar på Ryaverket.
För att inte bryta mot ny EU-lag måste Ryaverket i Göteborg införa ett nytt reningssteg senast 2045. Målet är att bli av med flertalet ämnen som utgör risker för folkhälsan och miljön. Därför testar man nu ett så kallat kolfilter. Reningensprestandan fungerar hittills bra, men vad gör man om man tvingas använda upp stora delar av det renade vattnet för att rena själva kolfiltret?
Huvudsyftet med avloppsvattenrening är att skydda både folkhälsan och miljön. Genom att rena bort organiskt material, näringsämnen och smittämnen motverkas syrebrist, övergödning, och spridning av sjukdomar. Detta sker till stor del genom att naturens egna processer överförs till en kontrollerad och effektiv anläggning - ett avloppsreningsverk. Många ämnen, som industriella kemikalier, läkemedelsrester och PFAS släpps fortfarande ut orenade. Dessa brukar kallas mikroförereningar och kan också utgöra risker för folkhälsan och miljön. För att åtgärda detta har EU infört krav på att flertalet reningsverk ska rena ett urval mikroföroreningar senast 2045. Ryaverket, som renar avloppsvatten åt hundratusentals människor i Göteborg, måste hitta ett lämpligt alternativ för att inte bryta mot lagen. Därför har man byggt en testanläggning som utgörs av ett kolfilter bestående av en bädd med porösa kolpartiklar stora som grovmalet kaffe. Dessa kolpartiklar innehåller små porer som ger en stor yta där mikroföroreningarna kan fastna och separeras från vattnet.
Kolfiltret drivs på ett liknande sätt som en kaffebryggare - alltså genom att låta vatten pumpas upp och sippra igenom en bädd av partiklar med hjälp av gravitation under en viss tid. Till skillnad från vattnet i kranen, innehåller även det inkommande vattnet till kolfiltret partiklar som sätter igen bädden. Då ökar motståndet gradvis för vattnet att ta sig igenom bädden. Till slut måste vatten spolas åt andra hållet för att avlägsna partiklarna och luft kan också användas för att få bättre omblandning. Detta kallas backspolning och är något man inte vill göra för ofta då det förbrukar vatten som redan renats. Dessvärre har testanläggningen tvingats backspola upp till flera gånger per dag, vilket gör kolfiltret till ett mycket ineffektivt sätt att rena vattnet.
Inom detta examensarbete togs det fram en metod som kunde lokalisera motståndet för vattnet till toppen av bädden och därför avlägsnades det översta lagret. För att motverka återkomsten av motståndet och hålla prestandan i schack ökades intensiteten av backspolningen. Tyvärr återkom det stora motståndet. Den troliga orsaken är att mikroorganismer ställer till problem på grund av deras kolonialisation av kolfiltret. Denna tillväxt kan nämligen göra så att partiklar från det inkommande vattnet fastnar primärt högst upp där även de minsta kolpartiklarna återfinns. Sammantaget blockerar detta snabbt möjligheten för vattnet att ta sig förbi, vilket orsakar en kort reningstid och tvingar kolfiltret till att backspola ofta. Detta får en förödande effekt på effektiviteten hos ett kolfilter och är något avloppsreningsverk bör undersöka så att de inte måste rena anläggningen mer än vattnet. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Monrad-Aas, Theodor LU
supervisor
organization
course
VVAM05 20261
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
process design, water engineering, granular activated carbon, GAC, UWWTD, quaternary treatment, micropollutant abatement, Rya WWTP, pilot plant, hydraulic performance, water and environmental engineering
language
English
id
9243433
date added to LUP
2026-06-26 10:51:34
date last changed
2026-06-26 10:51:34
@misc{9243433,
  abstract     = {{The implementation of the revised urban wastewater treatment directive (UWWTD) introduced mandatory micropollutant abatement or quaternary treatment for many wastewater treatment plants (WWTPs) within the EU. Rya WWTP in Gothenburg, which is treating almost 880,000 PE of water, must find and implement a suitable option by 2045 at the latest. One alternative is granular activated carbon (GAC) which was previously pilot tested, but the results were inconclusive. Therefore, a new GAC pilot plant was commissioned and has been running since July of 2025. It has an EBCT of 22 min, a bed height of 2.7 m, filter area of 1 m2 and influent flow rate of 7.5 m3/h. The GAK pilot plant has exhibited deteriorating hydraulic performance over an extended period, with filter run times decreasing from an average of ca 12 hours to 3 hours with low TSS loads before backwashing. Therefore, this thesis was primarily aimed at evaluating, localising and combatting the poor hydraulic performance, and secondarily to evaluate the treatment performance in relation to the revised UWWTD, standard parameters and PFAS-24.
A method was developed that successfully localised and quantified the pressure drop for GAC from different depths of the bed. By tracking changes in hydraulic resistance over time, it could be concluded that the main hydraulic bottleneck was localised to the top of the GAC bed. Following remediation of the problem, the filter run time improved to a mean of 24 h. However, despite more aggressive backwashing and mass balances that indicated TSS were overall removed from the GAC filter, the deterioration in the hydraulic performance resurged after three weeks. Particle size distribution (PSD) analysis confirmed stratification of the bed which can contribute to surface filtration and rapidly increasing pressure drop. Because mean influent TSS concentration and filter run time only showed weak to no correlation, along with a presence of biofilm in the GAC filter and on the particles, significant DO and BOD removal as well as indications of nitrification suggests the problem is associated with biofilm growth. The MP abatement performance was still in accordance with the UWWTD after ~12,000 treated bed volumes (BV) with 86% elimination based on the best combination of substances. However, treatment performance for PFAS-24 reached below 80% already at ~5,000 treated BV.}},
  author       = {{Monrad-Aas, Theodor}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Evaluating the Hydraulic Performance of a GAC Filter Pilot Plant at Rya WWTP}},
  year         = {{2026}},
}