Learning Centre

The effect of flow equalization and low-rate prefermentation on the activated sludge process and biological nutrient removal

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kiuru, Heikki, Prof., Aalto University, Finland
dc.contributor.author Mikola, Anna
dc.date.accessioned 2013-05-21T09:00:08Z
dc.date.available 2013-05-21T09:00:08Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5153-6 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5152-9 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10182
dc.description.abstract The flow and load variations in the wastewater plant influent complicate the operation of the biological treatment process and harm the process performance. Moreover, when the biological nutrient removal (BNR) process is implemented in the plant, the plant influent is often lacking readily biodegradable organic matter. Readily biodegradable organic matter can be produced by prefermentation. In this research project, the primary clarifiers at the Pihlajaniemi WWTP in Savonlinna were modified in order to tackle the problems caused by flow variation and the lack of suitable organic matter. This study demonstrated that diurnal flow variations were efficiently levelled out in the existing primary clarifier basin volume. Surprisingly, a significant amount of organic matter was transformed into a more accessible form for the BNR bacteria when only flow equalization was in operation, but the attempt at enhancing the VFA production by adding an internal sludge recycle was not successful. The raw sludge removal in the equalization/prefermentation basin was not compromised in the modified operation. There is no commonly accepted method for assessing the magnitude of flow variations or the efficiency of the flow equalization. This thesis introduces a coefficient of flow variation that can be used for this purpose. The modifications in the pre-treatment were beneficial for the process performance. The main improvement in the biological process performance was observed with nitrification. The improvement could be mainly attributed to the diurnal flow equalization. Moreover, it could be demonstrated that the increased heterotrophic assimilation and also prefermentation influenced nitrification. The results on nitrification are of high importance because the effects of dynamic influent and feed water characteristics on nitrification have not been widely studied, especially not in full-scale. Moreover, the sludge settling characteristics were improved in the equalization/prefermentation process train compared with the reference process train. This, together with the more constant flow rate, enabled better hydraulic control of the secondary clarifiers. It can be concluded that the modification of the existing primary clarifier to a multifunctional pre-treatment basin is a feasible solution for the improvement of the BNR process performance. This process modification could be widely implemented in Finland because the majority of middle-sized and large WWTPs have primary clarifiers. Nitrification is usually the limiting part of the biological wastewater treatment. Therefore, implementation of equalization/prefermentation would enable a reduction in the aerated process volume. The economic balance of the modifications is clearly positive.  en
dc.description.abstract Jätevedenpuhdistamoiden tulevan veden virtaama- ja kuormitusvaihtelut hankaloittavat biologisen käsittelyn ohjausta ja huonontavat prosessin puhdistustehoa. Kun biologinen ravinteiden poisto otetaan käyttöön jätevedenpuhdistamolla, ei tuleva vesi useinkaan sisällä riittävästi helposti hajoavaa orgaanista ainetta. Helposti hajoavan orgaanisen aineen määrää voidaan kasvattaa esifermennoinnin avulla. Tässä tutkimusprojektissa esiselkeytysaltaita Savonlinnan Pihlajaniemen puhdistamolla muokattiin niin, että puhdistamo voisi paremmin selviytyä virtaamavaihtelun ja sopivan orgaanisen aineen puutteen aiheuttamista ongelmista. Tämä tutkimus osoittaa, että virtaaman vuorokausivaihtelut voidaan tasata olemassa olevassa esiselkeytystilavuudessa. Yllättäen merkitsevä osa orgaanisesta aineesta muuttui bakteereille käytettävissä olevaan muotoon, kun allasta käytettiin vain virtaaman tasaukseen. Sisäinen lietteen kierrätyksen lisääminen altaaseen orgaanisen esifermennoinnin parantamiseksi ei tehostanut hydrolyysiä altaassa. Muokattu esikäsittelyn toiminta ei vaikeuttanut raakalietteen poistamista altaasta. Koska yleisesti hyväksyttyä menetelmää virtaamavaihteluiden suuruuden tai tasausaltaan tehokkuuden arvioimiseksi ei ole, tässä tutkimuksessa kehitettiin virtaaman vaihtelukerroin, jota voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Muokattu esikäsittely paransi prosessin toimintaa. Suurin parannus biologisessa prosessissa havaittiin nitrifikaation toiminnassa, joka voitiin selittää pääasiassa virtaaman vuorokausivaihtelun tasaamisella. Lisäksi osoitettiin, että kasvanut heterotrofinen assimilaatio sekä esifermentointi vaikuttivat nitrifikaation toimintaan. Nitrifikaation toimintaa selittävät tulokset ovat tärkeitä, koska tulevan veden laadun ja kuormituksen vaihtelun vaikutusta ei ole laajasti tutkittu, ei varsinkaan täyden mittakaavan kokeissa. Lisäksi todettiin, että lietteen laskeutuvuus oli parempi tasatulla ja esifermentoidulla käsittelylinjalla verrattuna vertailulinjaan. Lietteen paremmat ominaisuudet sekä tasaantunut virtaama mahdollistivat myös sen, että jälkiselkeytysaltaiden hydraulinen hallinta onnistui paremmin. Voidaan todeta, että olemassa olevien esiselkeytysaltaiden muokkaaminen monikäyttöisiksi esikäsittelyaltaiksi on toteutuskelpoinen ratkaisu, kun halutaan parantaa biologisen ravinteiden poistoprosessin toimintaa. Tämä voitaisiin toteuttaa laajasti Suomessa, koska suurimmalla osalla keskikokoisista ja suurista puhdistamoista on esiselkeytysaltaat. Nitrifikaatio on yleensä rajoittava osa biologisen jätevedenkäsittelyn toiminnassa. Näin ollen lisäämällä tasaus ja esifermentointi puhdistusprosessiin voitaisiin pienentää ilmastettua prosessitilavuutta. fi
dc.format.extent 104 + app. 58
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 76/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: Mikola, A., Rautiainen, J., Kiuru H. (2007). “Diurnal flow equalization and prefermentation using primary clarifiers in a BNR plant.” Water Practice 1 (5) 1-13. doi:10.2175/193317707X256946.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Mikola, A.M.K.,Rantanen P., Vahala, R., Rautiainen, J.A. (2012). “Fullscale investigation of the influence of flow equalization and prefermentation on nitrification.” Water Environ. Res.84 (5) 452-459. doi:10.2175/106143012X13347678384288.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Mikola, A., Rautiainen, J., Vahala, R. (2009). “Secondary clarifier conditions conducting to secondary phosphorus release in a BNR plant.”Water Sci. Technol.- WST 60 (9) 2413-2418. doi:10.2166/wst.2009.601.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Mikola, A., Rautiainen, J., Kiuru H. (2008). “The Effect of Flow Equalization and Prefermentation on the Sludge Production and Sludge Characteristics in a BNR Plant.” Water Sci. Technol. – WST 57 (12) 2023-2029. doi:10.2166/wst.2008.618.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Mikola, A.M.K., Vahala, R., Rautiainen, J.A. (2011). “Factors affecting the quality of the plant influent and its suitability for prefermentation and the biological nutrient removal process.” J Environ Eng 137 1185. doi:10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000438.
dc.subject.other Environmental science en
dc.title The effect of flow equalization and low-rate prefermentation on the activated sludge process and biological nutrient removal en
dc.title Virtaaman tasauksen ja esifermennoinnin vaikutus aktiivilieteprosessiin ja biologiseen ravinteiden poistoon fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Engineering en
dc.contributor.department Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Civil and Environmental Engineering en
dc.subject.keyword flow equalization en
dc.subject.keyword prefermentation en
dc.subject.keyword biological nutrient removal en
dc.subject.keyword virtaaman tasaus fi
dc.subject.keyword esifermentointi fi
dc.subject.keyword biologinen ravinteiden poisto fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5153-6
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Vahala, Riku, Prof., Aalto University, Finland
dc.opn Jönsson, Karin, Prof., LTH Lund University, Sweden
dc.contributor.lab Water Engineering Research Group en
dc.rev Oleszkiewicz, Jan A., Prof., University of Manitoba, Canada
dc.rev Mąkinia, Jacek, Prof., Gdansk University of Technology, Poland
dc.date.defence 2013-05-24


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse