Effects of wastewater heat recovery on nitrogen removal in Finnish wastewater treatment plants
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-12-13
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
65+3
Series
Abstract
Decentralized wastewater heat recovery is recognized to be a possible environmentally sustainable energy source, even though it is not currently widely applied in housing or in wastewater networks. The use of wastewater heat as an energy source decreases wastewater temperature, if the heat is recovered prior to the wastewater treatment plants (WWTPs). In WWTPs, lower wastewater temperature causes deterioration of the nitrogen removal process in the activated sludge process (ASP). No work has yet been done to connect wastewater heat recovery and the functioning of ASP in Finnish conditions. This thesis determines and assesses the effects of decreasing wastewater temperature on the nitrogen removal and ASP in Finnish WWTPs as well as the feasibility of applying wastewater heat recovery in these conditions. The impacts are assessed by performing data analysis and process simulations. The process simulations were able to show a clear trend between temperature and nitrogen removal. The influence of the decrease of 1 °C in the wastewater temperature intensifies as the process temperature drops to cold climate range. This effect can be seen especially under 10 °C. Process simulations also illustrated, in 15 °C, the ASP process volume would need to grow by 25% for no additional nitrogen leaving compared to 17 °C. The data analysis supported the process simulation results, but also provided an additional point of view into the intricacy of observing the impacts of decreasing temperature in the real world. These results help to assess the potential of wastewater heat recovery in Finnish conditions and illustrate the needed considerations to implement wastewater heat recovery in an environmentally sustainable manner. Based on this thesis, further research concerning the feasibility of using innovative energy storages as well as management efforts against decreasing temperature are recommended. This thesis is a part of project coordinated by HSY called “The energy balance of wastewater heat recovery in a city and its effects in the wastewater treatment”. This project has received funding from the Ministry of the Environment.Jäteveden lämmön talteenotto on potentiaalisesti ympäristöystävällinen energian lähde, jota ei vielä ole otettu laajasti käyttöön kiinteistöillä taikka jätevesiverkostoissa. Jäteveden lämmön talteen ottaminen ennen jätevedenpuhdistamoa laskee jätevedenpuhdistamoille saapuvan jäteveden lämpötilaa. Jäteveden lämpötilan lasku hankaloittaa typenpoistoa sekä aiheuttaa monia muita vaikutuksia aktiivilieteprosessissa. Nykyisin on saatavilla kattavasti tietoa lämpötilan vaikutuksista typenpoistoon, mutta juuri jäteveden lämmön talteenoton vaikutuksia typenpoistoon ja aktiivilieteprosessin toimintaan ei ole tutkittu suomalaisissa olosuhteissa. Tämä diplomityö analysoi ja arvioi laskevan lämpötilan vaikutuksia typenpoistoon ja aktiivilieteprosessiin suomalaisilla jätevedenpuhdistamoilla sekä jäteveden lämmön talteenoton soveltuvuutta kyseisiin olosuhteisiin. Laskevan lämpötilan vaikutuksia analysoitiin ja arvioitiin data-analyysin sekä prosessisimulointien avulla. Prosessisimuloinneilla saatiin selville, että jokaisen alenevan lämpötila-asteen vaikutus typenpoistoon korostuu eritoten, kun jäteveden lämpötila laskee alle 10 °C. Simulointien perusteella selvisi myös, että typenpoiston heikkenemisen kompensointi aktiivilieteprosessin tilavuuden suurentamisella on haastavaa, sillä esimerkiksi jo muutaman asteen jäteveden lämpötilan lasku 17 °C:sta vaatii aktiivilieteprosessin tilavuuden kasvattamista neljänneksellä. Data-analyysin tulokset tukivat prosessisimulaatioiden tuloksia. Diplomityön tulokset auttavat jäteveden lämmön talteenoton toteuttamiskelpoisuuden arvioinnissa suomalaisessa kontekstissa sekä valottavat toimia, joiden avulla jäteveden talteenottoa voitaisiin harjoittaa ekologisesti kestävällä tavalla. Diplomityön on osa HSY:n koordinoimaa hanketta ”Lämmöntalteenoton energiatase kaupungissa ja vaikutus jätevesien käsittelyyn”, joka on saanut ympäristöministeriön myöntämää valtionavustusta Ravinteiden kierrätyksen ja jätevesien käsittelyn energiatehokkuuden hankkeiden avustushaussa vuonna 2020.Description
Supervisor
Mikola, AnnaThesis advisor
Sahlstedt, KristianVilpanen, Maija
Keywords
wastewater heat recovery, nitrogen removal, nitrification, activated sludge process