Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Luftflödesstyrning på Käppalaverket – utvärdering av konstanta styrsignaler
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Mathematics and Computer Science, Department of Information Technology.
2011 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Aeration control at the Käppala wastewater treatment plant - evaluation of constant control signals (English)
Abstract [sv]

På Käppalaverket i Stockholm står luftningen av de biologiska bassängerna för omkring en femtedel av verkets totala elenergiförbrukning. I ett försök att minska energikostnaden utvärderades under hösten 2010 nya metoder för luftflödesreglering på verket. Grundtanken var att styra luftflödet efter medelvärdet på utgående ammoniumkoncentration under en längre tid, istället för som idag efter momentana värden.

Ett vanligt sätt att styra luftflöden på reningsverk idag är att använda återkoppling från utgående ammoniumkoncentration, vilket syftar till att alltid hålla den utgående koncentrationen vid ett valt börvärde. Lagstiftade gränsvärden på ammonium avser dock normalt medelvärden över en längre tid, såsom kvartal eller år. Istället för att anpassa luftflödet efter den inkommande belastningen är det därför möjligt att hålla luftflödet relativt konstant medan istället den utgående koncentrationen tillåts variera.

I denna studie visades en energibesparing kunna erhållas om luftflödets variation reduceras. Två strategier utvärderades i vilka luftflödet respektive syrehalten hölls så konstant som möjligt. Dessa jämfördes med den idag använda styrstrategin på Käppalaverket, i vilken luftflödet anpassas efter den inkommande belastningen genom återkoppling.

Studien inkluderade både simuleringar i modellen Benchmark Simulation Model no. 1 och fullskaleförsök på Käppalaverket. I både simuleringar och fullskaleförsök resulterade de två utvärderade strategierna i en lägre luftförbrukning per reningsgrad än den idag använda återkopplingsstrategin. I fullskaleförsöken erhölls en luftflödesreduktion på 11 % då luftflödet hölls konstant och 15 % då syrehalten hölls konstant. Båda strategierna genererade dock en kraftigt varierande utgående ammoniumkoncentration. Variationerna var störst då luftflödet hölls konstant och korrelerade inte med den dygnsbaserade belastningsprofilen.

Sammanfattningsvis visade studien att en reducering av luftflödets variation resulterar i en lägre luftförbrukning men också i en ökad instabilitet. En konstant syrehalt gav en större energivinst och även en stabilare ammoniumreduktion än ett konstant luftflöde, varför denna metod har störst potential till vidare implementering i fullskala.

Abstract [en]

The aeration of the bioreactors is responsible for one fifth of the energy consumption at the Käppala wastewater treatment plant (WWTP) in Stockholm. In this report, new methods for aeration control were evaluated in order to reduce the energy costs at the plant. The main idea was to control the effluent ammonia concentration in terms of mean values instead of momentary values.

A quite common approach for aeration control is to use feedback from the effluent ammonia concentration, thus aiming to keep the effluent concentration consistently at a certain set point. However, discharge limits normally refer to mean values over longer periods of time, such as months or years. Instead of adjusting the airflow to the incoming load it is therefore possible the keep the airflow fairly constant while allowing a fluctuating effluent concentration.

In this paper, it was shown that by reducing the variation of the airflow, energy could be saved. Two methods were evaluated in which the airflow and oxygen concentration respectively was held constant. These methods were compared to the control strategy used today at the Käppala WWTP, where feedback control adjusts the airflow to the influent load.

The study consisted of simulations with the Benchmark simulation model no. 1 (BSM1) as well as full scale experiments at the Käppala WWTP. Both the simulations and full scale experiments showed a reduced aeration per nutrient removal for the evaluated methods. In full scale, the total airflow reduction was 11 % when the airflow was held constant and 15 % when the oxygen concentration was held constant. However, the methods resulted in large variations of the effluent ammonia concentration, which did not correlate to the daily influent load. The variations were especially large when the airflow was held constant.

In summary, this study showed that a reduced airflow variation results in lower aeration costs but also less stability. A constant oxygen concentration required less aeration and provided a more stable degree of ammonia removal than a constant airflow. For this reason, aeration control with a constant oxygen concentration has the best potential for further use at the Käppala WWTP.

Place, publisher, year, edition, pages
2011. , 62 p.
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 11 012
Keyword [en]
aeration control, activated sludge process, nitrification, denitrification, KLa, monod kinetics, BSM1
Keyword [sv]
luftflödesstyrning, aktivslamprocess, nitrifikation, denitrifikation, KLa, monodkinetik, BSM1
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-148629OAI: oai:DiVA.org:uu-148629DiVA: diva2:402496
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2011-03-10 Created: 2011-03-08 Last updated: 2011-03-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2326 kB)166 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 2326 kBChecksum SHA-512
380f58f450dada37793fcfbfb57c0c132111a049c0b8db54532bf568bc17386915d306097784d01c74081c49aedeb6943cc2a28be3d08d41aa5ecbbbfeaa4813
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Information Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 168 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 315 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link