Att lufta biologiska bassänger vid ett avloppsreningsverk är en mycket energikrävande process. Genom att reglera lufttillförseln kan processen optimeras så att den blir så energisnål som möjligt men samtidigt bidrar till en god kvalitet på utgående vatten. Regleringen bör då ske vid flera punkter längs med en bassäng. I detta projekt har regleringen av syrehalten i aktivslamanläggningen vid Himmerfjärdsverket utvärderats och ett försök till förbättring av processen har genomförts. Verket har efterdenitrifikation varför aktivslamanläggningen enbart består av en luftad del där nitrifikation och oxidation av organiskt material sker. Styrsättet i verket är sådant att syrehalten regleras i början av varje luftningsbassäng. En syrehaltsgivare sitter ca 20 meter in i varje linje och en luftflödesgivare satt på vardera linjes huvudledning med luft. Kaskadreglering reglerar luftflödet. Den överordnade syrehaltsregulatorn beräknar börvärdet till luftflödesregulatorn. Börvärdet på syrehalten är normaltsatt till 2 mg/L. Detta reglersystem har lett till att då belastningen är låg ökade syrehalten kraftigt i slutet av varje linje medan höga belastningar gör att syrehalten sjunker för mycket mot slutet av bassängen så att reningsresultaten för ammonium blir sämre än önskvärt. Syre- och ammoniumprofiler, det vill säga syre- och ammoniumhalterna i vardera av linjernas sex zoner plottade mot zonerna, studerades på två av verkets linjer. Dessa gjordes under perioder med relativt låg belastning av ammonium. Då framkom att oavsett flöde skedde den mesta av reduktionen i linjernas två mittersta zoner. Målet blev då att försöka förskjuta reningen så att hela bassängen utnyttjades. Detta måste dock ske utan att reningen under perioder med högre belastning försämras. Det som också framkom var att det förekommer både belastningsvariationer och flödesvariationer till de olika linjerna. För att förbättra regleringen installerades en syrehaltsgivare, en luftflödesgivare och en reglerventil till varje zon i en av verkets linjer. Ett kaskadreglersystem installerades och trimmades in i varje zon. En börvärdesundersökning gjordes för att hitta den kombination av börvärden i de olika zonerna som gav ett gott reningsresultat och samtidigt minimerade energikonsumtionen. De kombinationer som testades var 1,5/1,5/2/2/1,5/1,5 och 1,5/2,5/2,5/2,5/2,5/2,5. Dessa kombinationer förväntades förskjuta reningen så att hela bassängen utnyttjades och pressa ner de syrehaltstoppar som stundtals uppstod i slutet av bassängen. Syrehaltstopparna försvann men en acceptabel reningsgrad erhölls ej med avseende på utgående ammoniumhalt från försökslinjen. Reningen i försökslinjen var försämrad jämfört med innan byte av syrehaltsreglering. Här skall dock noteras att vattentemperaturen hade sjunkit i förhållande till perioden med ursprunglig reglering vilket kan ha påverkat nitrifikationshastigheten negativt. Temperaturen var lägst under den sistnämnda kombinationen. Under den sistnämnda börvärdeskombinationen hade försökslinjen stundtals bättre rening än övriga linjer så denna börvärdeskombination ger en förhållandevis god reningskvalitet. För att jämföra energikonsumtionen togs ett samband fram mellan luftflöde och blåsmaskinernas effekt. Sambandet användes för att beräkna skillnaden i effektförbrukningen mellan de bägge reglersystemen. Denna räknades om till motsvarande årsenergiförbrukning för samtliga linjer. Resultatet blev att energikonsumtionen skulle kunna sänkas med 10 % för luftningssteget. / To aerate the biological basins at a wastewater treatment plant is a very energy intensive process. To make the process as energy efficient as possible the air supply should be controlled. This may also contribute to a better purification quality. To fulfill this, the control of air supply should occur at several points along a basin. In this project, control of the dissolved oxygen in the activated sludge basins at Himmerfjärden wastewater treatment plant is evaluated and improved. The plant has postdenitrification, why the activated sludge plant solely consists of an aerated part where nitrification and oxidation of organic matter occurs. The oxygen level in the aeration basins is controlled at the beginning of each aeration basin. An oxygen sensor is placed 20 meters from the inlet and an air flow meter is placed on the main inlet tube for air at each line. Cascade control is used to control the airflow rate. The primary dissolved oxygen controller calculates the set-point to the secondary air flow controller. The set-point of the oxygen level is normally set at 2 mg/L. During periods with low loads of ammonia, this control leads to an increased oxygen level at the end of each basin while the high loads causes the oxygen level to drop towards the end of the basin so that the treatment results for ammonium were less than desirable. Oxygen and ammonium profiles, i.e. oxygen and ammonia concentrations in each of the lines’ six zones were measured and plotted against the zones, were studied at two of the plant lines. These were made during periods of relatively low load of ammonium. It was found that regardless of flow, most of the reduction occurred in the two middle zones in each line. The goal then became to try to shift the treatment so that the entire basin was used. This must be done without lowering the treatment quality during periods of higher loadings. What also emerged was that there are variations between the lines both in load and in flow. To improve the control system, an oxygen sensor, an airflow meter and a control valve were installed in each zone in one of the plant lines. A cascade control system with two PI-controllers was installed and tuned in each zone. Different combinations of set points were analyzed to find the one that gave a good cleaning performance while minimizing energy consumption. The combinations tested were 1.5/ 1.5/2 /2 /1.5/1.5 and 1.5 / 2.5 / 2.5 / 2.5 / 2.5 / 2.5. These combinations were expected to push the treatment forward so that the entire basin was used. It should also and lower the oxygen peaks that sometimes occurred at the end of the basin. The oxygen peaks disappeared but an acceptable degree of purification of ammonium was not obtained. The purification in the experimental line was lower than before the change of aeration control. It should be noted that water temperature had decreased compared to before the change of control system which may have affected the rate of nitrification negatively. This may be a reason for the higher ammonium concentrations. The lowest temperature was measured during the last set- point combination. During that period the experimental line had a better purification compared to the other lines in the plant. To compare the energy consumption for the two control systems a relationship was calculated between the air flow rate and the power consumption of the blowers. This relationship was used to calculate the difference in power consumption between the two control strategies. This consumption was translated to the corresponding annual energy usage of all the lines. The result was that the energy consumption could be reduced by 10% for the aeration step.

Henriksdals avloppsreningsverk genomgår en stor ombyggnation för att kunna hantera bådeökad belastning och de strängare reningskrav som förväntas i framtiden. Med anledning attBromma reningsverk kommer läggas ned, kommer ytterligare avloppsvatten ledas tillHenriksdals avloppsreningsverk. Då även en kraftig ökning av befolkningen iupptagningsområdet förväntas behöver reningsverket klara en fördubblad kapacitet jämfört medidag. Dagens reningskrav med avseende på kväve är 10 mg/L och detta förväntas i framtidenskärpas till 6 mg/L. För att uppnå dessa krav kommer den biologiska reningen i den nuvarandeaktivslamprocessen kombineras med membranfiltrering i en så kallad membranbioreaktor(MBR). I den biologiska reningen renas vattnet från kväve i två steg med hjälp av bakterier.Dessa steg är nitrifikation och denitrifikation. På pilotanläggningen vid Hammarby sjöstadsverk har det under året 2018 varit av intresse attstudera förekomsten av kvävefraktioner i reningslinjen, då den första av sju MBRbehandlingslinjerkommer att startas upp vid Henriksdals ARV i början av 2020. Vid uppstartav denna linje finns vissa begränsningar vad gäller dosering av kemikalier för fosfor- ochkväverening. Ingen kolkälla eller fällningskemikalie kommer att kunna doseras, då tankar fördessa ej kommer vara färdigbyggda. För att undersöka hur kvävet agerar i de olika zonerna, och om det är möjligt att uppnå önskadkväverening under dessa förutsättningar, har 12 provpunkter valts ut i den biologiskareningslinjen. Halten av NO2-N, NO3-N, NH4-N, N-tot och COD har uppmätts i dessa punkterunder fyra separata tillfällen. Proverna har analyserats och massbalanser över de olika tankarnai reningslinjen har ställts upp. Resultaten varierar mellan de olika provomgångarna som utförtspå morgon respektive efter lunch, men en del trender kan observeras. Fördenitrifikationen skeri två tankar, varav den andra tanken, BR2, uppvisar mycket låga eller obefintliga förändringar imassflödet av nitrat-kväve (NO3-N) vilket tyder på att endast en tank med fördenitrifikationenskulle vara tillräcklig. Den första tanken för nitrifikation uppvisar också dåliga resultat vilkenkan tyda på att tanken har för låg syrehalt och behöver luftas bättre. Tanken förefterdenitrifikation har fortfarande stora mängder nitratkväve i utflödet, vilket innebär att tvåtankar med efterdenitrifikation skulle kunna ge bättre resultat. Vid alla provtagningstillfällenuppmättes en halt av totalkväve (N-tot) under 10 mg/L i det renade permeatet. Medelvärdet förde fyra tillfällena låg dessutom under det framtida kravet på 6 mg/L. / Henriksdals sewage treatment plant is undergoing a major reconstruction in order to handleincreased load as well as the stricter cleaning requirements expected in the future. Due to theplanned shutdown of Bromma treatment plant, additional wastewater will be led to Henriksdalssewage treatment plant. When a significant increase in population in the catchment area is alsoexpected, the treatment plant will need a doubling of its capacity compared to today. Today'snitrogen treatment requirements in the effluent wastewater are 10 mg/L and this is expected tobe 6 mg/L in future. To achieve these requirements, the biological treatment step of the currentactive sludge process will be combined with membrane filtration in a so-called membranebioreactor (MBR). In the biological treatment, the nitrogen removal is a two-step process usingbacteria. These steps are nitrification and denitrification. In the pilot plant at Hammarby Sjöstadsverk, in 2018, it is of interest to study the presence ofnitrogen fractions in the process, since the first of seven MBR treatment lines will be started atHenriksdals WWTP early 2020. At the start of this line there are some limitations regardingdosage of chemicals for the removal of phosphorus and nitrogen. No carbon source orprecipitation chemicals will be possible to add, since the storage for these will not be constructedin time for the startup. To examine how the nitrogen acts in the different zones, and if it is possible to achieve thedesired nitrogen removal under these conditions, 12 test points have been selected in thebiological process line. The total concentration of nitrogen, N-tot, and the concentration ofnitrogen in the form of NO2, NO3, NH4, as well as the COD have been measured in these pointson four separate occasions. The samples have been analyzed and mass balances over thedifferent zones in the process line have been set up. The results vary between the different tests,performed in the morning and after lunch, but some trends can be observed. The predenitrificationtakes place in two zones, of which the second zone, BR2, exhibits very low ornon-existent changes in the mass flow of nitrate nitrogen (NO3-N), indicating that one zone withpre-denitrification would be sufficient. The first zone of nitrification also shows poor results,which may indicate that the zone has a low oxygen content and needs better airflow. The zonewith after-denitrification still has large amounts of nitrate in the outflow, which means that twozones with post-denitrification could produce better results. At all samplings a total nitrogen (Ntot)content of less than 10 mg/L was measured in the purified permeate flow. The average ofthe four occasions was also below the future requirement of 6 mg/L.