Modellering av Klagshamns avloppsreningsverk för optimering av kväveavskiljning efter införande av rejektvattenbehandling

Abstract (Swedish)

Utsläppskraven för avloppsreningsverk (ARV) i Sverige uppdateras regelbundet, och samtidigt ökar även kraven på energieffektivitet. Vid Klagshamns avloppsreningsverk i södra Malmö har den inkommande kvävebelastningen ökat under en lång tid, och för att minska denna planeras separat rejektvattenbehandling med en anammoxprocess att implementeras på verket. VA SYD vill därför undersöka om processändringar kan utföras efter att rejektvattenbehandlingen införts för att ytterligare minska kvävebelastningen till efterdenitrifikationssteget för att minska behov av extern kolkälla eller energianvändningen för luftning vid verket. Matematisk modellering kan vara ett kostnadseffektivt verktyg för att utvärdera denna typ av situationer.

En matematisk modell av försedimentation-, aktivslam- och eftersedimentationsstegen på Klagshamns avloppsreningsverk implementerades i mjukvaran WEST med ASM2d-modellen som bas. Parallellt byggdes även en modell med ASM1 som bas eftersom den är kompatibel med ADM1-modellen för rötningsprocessen, men svårigheter med kalibrering ledde till att fokus lades på ASM2d-modellen.

En dynamisk indatagenerator användes för att skapa dygnsvariationer (1-timmesmedelvärde) av inkommande COD- och ammoniumkvävekoncentrationer till verket med hjälp av högupplöst flödesdata och flödesproportionerliga dygnsmedelvärden av COD och ammoniumkväve. Modellen kalibrerades initialt under steady state-förhållanden, innan den dynamiska datan användes för finjustering av kalibreringen. Under kalibreringsfasen upptäcktes stora osäkerheter gällande överskottsslamflödet och slamhalten i reaktorerna, vilka kräver ytterligare utredning. Generellt gav modellen goda resultat efter kalibrering med datan producerad med indatageneratorn, vilket visades via jämförelse mellan modelldatan och data från onlinemätare (ammonium- och nitrat- kväve) placerade vid utloppet från aktivslamsteget.

Den kalibrerade modellen användes för att implementera fördenitrifikation i aktivslamsteget under sommar- och vinterförhållanden när rejektvattenbehandling införts. Fördenitrifikation testades genom att introducera ett internt recikulationsflöde för nitrat, samt genom att endast använda nitrat som recirkulerats med returslammet. Resultaten visar pa ̊ goda förutsättningar för att använda fördenitrifikation under sommaren (med 1 eller 2 anoxiska zoner) och eventuellt även under vintern (med 1 anoxisk zon). Processen visade sig vara COD-begränsad, men även med endast inkommande organiskt material tillgängligt kan den totala mängden kväve in till MBBR-steget minskas med 20-30% jämfört med ett scenario utan fördenitrifikation. Om kolkälla tillsätts kan mängden totalkväve till MBBR-steget minskas ytterligare (upp emot 65%), pa ̊ bekostnad av försämrad nitrifikation. Vid de flesta scenarier minskar energiförbrukningen för luftning.

Popular Abstract (Swedish)

Spara pengar genom virtuell avloppsvattensrening

Genom att skapa en virtuell kopia, en simuleringsmodell, av Klagshamns avloppsreningsverk i Malmö i ett datorprogram kan påverkan av framtidens föroreningsmängder till verket undersökas. Då kan man även se om pengar går att spara genom att effektivisera processen!

Avloppsvatten innehåller föroreningar såsom organiskt material, kväve och fosfor och kan orsaka övergödning i vattendrag och i havet om vattnet inte renas innan det släpps ut. Övergödning kan leda till syrebrist i vattnet, vilket dödar fiskar och andra vattenlevande organismer.

Vid Klagshamns avloppsreningsverk renas vattnet från organiskt material och kväve genom att samla vattnet i stora bassänger där bakterier äter upp föroreningarna. Precis som vi människor behöver vissa av dessa bakterier syre för att kunna förbränna maten och få energi, vilket betyder att luft måste pumpas in i bassängerna där de befinner sig för att de ska få tillgång till syre. Tyvärr är detta väldigt energikrävande, och man kan därför spara pengar om man kommer på nya sätt att bli av med föroreningarna.

Att testa nya metoder att rena vattnet på genom att ändra hur verket är uppbyggt kan bli både kostsamt och ta lång tid. Som tur är har vi tillgång till datorer! Med en virtuell kopia, en så kallad matematisk modell, av avloppsreningsverket kan man genom simuleringar testa olika sätt att rena avloppsvattnet utan det tidskrävande och dyra arbetet att göra det i verkligheten. Dessutom kan man testa hur verket påverkas under de förhållanden man förväntar sig kommer att råda i framtiden. En sådan modell skapades för Klagshamns avloppsreningsverk utanför Malmö, där mängden kväve som kommer in till verket under lång tid har ökat till följd av en ökande befolkningsmängd. För att minska belastningen på verket har VA SYD, som driver verket, beslutat att införa ett extra kvävereningssteg innan den nuvarande biologiska reningen. Med den minskning i kvävemängd som kommer in till det biologiska reningssteget som detta medför kan den matematiska modellen av verket sedan användas för att undersöka om delar av den nuvarande biologiska reningen kan användas till ytterligare en annan metod för kväverening, där organisk material i vattnet utnyttjas.

Med den utvecklade modellen visades att det gick att utnyttja organiskt material i det inkommande avloppsvattnet för att rena 20%-30% av kvävet som kommer in till verket. Detta skulle spara både energi som hade krävts för luftning av vattnet och dyra kemikalier som annars hade behövts tillsättas. Med resultaten från modellen kan VA SYD lättare fatta beslut i framtiden när de behöver bygga om verket eftersom de redan testat många scenarier och alternativa lösningar i modellen. Dessutom kan de fortsätta att testa nya processer i modellen, allt utan att behöva spendera mycket tid och pengar på att göra det i verkligheten!

• author: Wärff, Christoffer
• supervisor: Ulf Jeppsson
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• alternative title: Modelling Klagshamn wastewater treatment plant to optimize nitrogen removal after introduction of reject water treatment
• course: VVA820 20161
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: simulation, modelling, fördenitrifikation, nitrifikation, indatagenerator, simulering, Modell, ASM2d, influent generator, nitrification, pre-denitrification, vattenförsörjningsteknik, avloppsteknik, water engineering, environmental engineering
• report number: 2016-9
• language: Swedish
• id: 8887920
• date added to LUP: 2016-08-15 21:00:07
• date last changed: 2016-08-15 21:00:07