Geotechnical and functional boundaries for design of an underground wastewater treatment plant

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2021-05-17

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Geoengineering (GEO)

Language

en

Pages

73

Series

Abstract

Underground wastewater treatment plants (WWTP) are becoming more popular especially in urban environments. Going underground does not only resolve the need for space but also removes the harmful side-effects of them for the neighbors by making them out of sight. In countries such as Finland where the bedrock level is high building underground usually means they are excavated into rock. These have been built for several decades, but not widely studied. The objective of this study was to make the future design easier, more efficient, and more straightforward. This objective was achieved by finding which are the boundaries for the design and what are the effects of these boundaries on the design process. This was done by literature research and case studies. Based on the literature it was found that functional boundaries for design of an underground WWTP are water state and level in receiving water course, wastewater quality and quantity. The water state in receiving water course together with the wastewater quality and quantity define the treatment goal. The geotechnical boundaries for a design found in literature are required rock pillar and roof thickness, predicted weakness zones, most critical plant geometries, geological surveys, laboratory results, and rock mechanical simulations. Boundaries not specified for either but having influences on both are influent and effluent tunnel alignments and above ground circumstances. The boundaries found in the literature were studied in two case studies, Blominmäki and Sulkavuori WWTP design projects in Finland. The studied cases confirmed that the listed functional and geotechnical boundaries applied in the design of these WWTPs. These boundaries for design were the ones that either gave out important information or once found were variables that are unable to be changed. In their own way each of these boundaries gave the design a direction and helped to find what is inevitable and needs to find a solution for.

Kaupungistumisen myötä maanalaisten jätevedenpuhdistamojen määrä on alati kasvamassa. Maanalle rakentaminen ei ratkaise vain maanpäällisen tilan puutetta vaan estää myös haitallisten sivuvaikutusten vaikutusta puhdistamon naapurustoon. Suomen kaltaisissa maissa, joissa kallion pinta kulkee lähellä maanpintaa maanalle rakentaminen lähes poikkeuksetta tarkoittaa kallioon rakentamista. Näin myös tässä työssä. Vaikka maanalaisia jätevedenpuhdistamoja on rakennettu paljon, niistä on varsin vähän tietoa, eikä rakennusprojektien välistä dataa ole aiemmin koottu ja vertailtu. Tässä työssä tutkittiin kunnallisten jätevedenpuhdistamojen rakentamista kalliotilaan. Työn tarkoituksena oli löytää toiminnalliset ja geotekniset suunnittelun reunaehdot. Työ suoritettiin kirjallisuus- ja case-tutkimuksena Blominmäen ja Sulkavuoren jätevedenpuhdistamojen rakennusprojektien suunnittelusta. Kirjallisuustutkimuksen pohjalta löydettiin toiminnallisen suunnittelun reunaehdoiksi veden laatu ja vedenpinnan korkeus purkuvesistössä, jäteveden laatu ja määrä sekä jäteveden puhdistustavoite. Geoteknisen suunnittelun reunaehdoiksi kirjallisuuden pohjalta löydettiin vaadittujen kalliopilarien ja -katon paksuus, ennakoidut heikkousvyöhykkeet, kriittisimmät tilageometriat, geologiset tutkimukset, laboratoriotutkimukset sekä kalliomekaaniset simuloinnit. Reunaehdoiksi, jotka eivät koskeneet vain toista suunnittelualaa, vaan joilla oli vaikutusta molempiin suunnittelualoihin, löydettiin tulo- ja purkutunnelien linjaus sekä maanpäälliset olosuhteet. Case-tutkimuksissa tutkittiin löydettyjen reunaehtojen toteutumista tutkituissa projekteissa. Tutkimuksen pohjalta todettiin kirjallisuustutkimuksessa löydettyjen reunaehtojen pätevän tutkittujen puhdistamojen suunnittelussa. Näiden reunaehtojen todettiin antaneen suunnittelulle tärkeää informaatiota tai olleen arvoja, jotka pysyivät muuttumattomina määrittämisensä jälkeen. Jokainen näistä ehdoista ohjasi suunnittelua eteenpäin ja auttoi löytämään, mikä on väistämätöntä ja mihin on välttämätöntä löytää ratkaisu.

Description

Supervisor

Rinne, Mikael

Thesis advisor

Heikkilä, Jari

Keywords

underground wastewater treatment plants, rock design, wastewater treatment plant design, design boundaries

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202105236913

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG