Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Undersökning av strömningsbilden i en luftad damm med två olika luftningssystem: En förstudie vid Skoghalls Bruk
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013).
2014 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Flow pattern study of an aerated lagoon with two different aeration systems : A pre study at Skoghalls Bruk (English)
Abstract [sv]

Orenat avloppsvatten orsakar övergödning och syrebrist i vattendrag. Sedan några årtionden tillbaka finns det krav på att avloppsvatten från svenska hushåll och industrier ska renas innan det leds till recipienten. Luftade dammar är lämpliga för att samla och behandla avloppsvatten biologiskt. I dem bryter mikroorganismer i närvaro av syre ner organiska föreningar till koldioxid och vatten. Syre kan tillföras genom att vatten kastas upp i luften (ytluftare) eller genom att luft komprimeras och tillförs i form av fina bubblor i botten på dammen (bottenluftare). Hur väl syret löser sig beror på hur länge en bubbla uppehåller sig i vattnet. Det beror i sin tur på vid vilket djup luftbubblan tillsätts samt dess storlek. En annan faktor som påverkar syrets löslighet är halten ytaktiva extraktivämnen i vattnet. Dessa ämnen förekommer bland annat i processvatten från skogsindustrin och fäster sig på luftbubblorna vilket förhindrar syretransport. Reningseffektiviteten påverkas även av dammens hydraulik (strömningsförhållande). Det innefattar bland annat hur flödet sprider sig i dammen, vattnets uppehållstid och vilka transportmekanismer som förekommer. Hydrauliken i luftade dammar är särskilt komplex till följd av strömmar orsakade av luftningsutrustningen. 

Denna studie har utförts på Skoghalls Bruks luftade damm som luftas med både yt- och bottenluftare. Mätningar av vattnets syrehalt har visat att den inte är tillräckligt hög i zonen med bottenluftare till följd av att ytaktiva ämnen förhindrar syretransporten. Studien syftar till att undersöka strömningsbilden i den luftade dammen för att lokalisera var belastningen av ytaktiva ämnen är högst och därefter göra en mer gynnsam placering av det befintliga systemet. För att hitta strömmar med hög belastning av ytaktiva ämnen har spårämnesförsök använts. En ökad kunskap om strömningen kring bottenluftarna var nödvändig för att veta hur placeringen av dessa påverkade flödet i dammen. Den har erhållits via simuleringar i programvaran COMSOL Multiphysics® där luft- och vattenflödenas hastighetsfält har studerats. 

Resultatet från studien visar att flödet i dammen drivs av en nivåskillnad som innebär att en huvudström, med vatten rikt på ytaktiva ämnen, rör sig den kortaste vägen mellan in- och utlopp i dammen. Den längre vägen mellan in- och utlopp är inte belastningen lika hög. Studier av strömningsbilden kring bottenluftarna visar att vattnet bildar en virvel ovanför bottenluftarna. Hur stor virveln blir och andelen syre i vattnet beror på avståndet mellan bottenluftarna samt hastigheten på luften. Ett litet avstånd ger en längre uppehållstid för luften och att en större andel luft följer med virveln vilket möjliggör för ökad syresättning. 

Utifrån resultaten kunde ett förbättringsförslag föreslås. En mer gynnsam placering av luftningssystemen skulle vara att ha ytluftare i början av dammen där belastningen av ytaktiva ämnen är högre. 

Abstract [en]

Untreated sewage causes eutrophication and oxygen depletion in waterways. Since a few decades back, there is a requirement that wastewater from Swedish households and industries must be treated before being discharged into receiving waters. Aerated ponds are suitable to collect and treat wastewater biologically. In those, microorganisms in the presence of oxygen, convert organic compounds to carbon dioxide and water. Oxygen may be supplied to the water by water being thrown into the air (surface aerators), or by compression of air, that is supplied to the water in the form of fine bubbles at the bottom of the pond (diffused aerators). How well the oxygen dissolves depends on the residence time of the bubble in the water. That in turn depends on the depth at which the air bubble is added, as well as its size. Another factor affecting the solubility of oxygen is the content of surfactants in the water. Surfactants occur in process water from the forest industry. They attach themselves to the air bubbles, preventing oxygen transport. Purification efficiency is also affected by the hydraulics of the pond. It includes how a flow spreads in the pond, water retention and the transport mechanisms. The hydraulics of aerated ponds is particularly complex due to currents caused by the aeration equipment. 

This study has been performed on the aerated lagoon at Skoghalls Bruk. It is aired with both surface and diffused aerators. Measurements of the waters oxygen content have shown that it is not high enough where the diffused aerators oxygenate the water, due to prevention of oxygen transport caused by surfactants. The study aims to investigate the flow pattern in the aerated lagoon to locate where the burden of surfactants is highest and then make a more favorable positioning of the existing system. To find highly concentrated streams have tracer studies been made. Greater knowledge of flow around the diffused aerators was necessary to know how the placement of these influenced the flow in the pond. It has been obtained through simulations in the software COMSOL Multiphysics® where velocity fields of air and water flows have been studied. 

Results from the study shows that the flow in the pond is operated by a difference in height. It causes a highly concentrated stream, which moves along the shortest path between the inlet and outlet of the pond. The longer path from inlet to outlet is not as heavily loaded. A study of the flow pattern around the diffused aerators shows that the water forms an eddy above the diffused aerators. How large the eddy becomes and the proportion of oxygen in the water depends on the distance between the diffused aerators and the velocity of the airflow. A small distance results in a longer residence time for the air and that a greater proportion of air accompanies the eddy, allowing for increased oxygenation. 

From the results an improvement action could be suggested. A more favorable placement of the aeration system would be to have surface aerators at the beginning of the pond where the concentration of surfactants is higher. 

Place, publisher, year, edition, pages
2014.
National Category
Fluid Mechanics and Acoustics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-33329OAI: oai:DiVA.org:kau-33329DiVA: diva2:736961
External cooperation
Stora Enso, Skoghalls Bruk
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-08-11 Created: 2014-08-06 Last updated: 2014-08-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2765 kB)261 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2765 kBChecksum SHA-512
7db38e47aa03ea9239144e0d490cab23221bb1d282295490db1cf83989db0725383616a647f305e734f86f35b569e4ea8985bf114dfc5290e1128b878280710e
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013)
Fluid Mechanics and Acoustics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 261 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

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 285 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf