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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-107759 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Åfeldt, Elin |
| Publisher | KTH, Industriell ekologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Trita-IM, 1402-7615 ; 2011:07 |
Page generated in 0.0019 seconds