Phosphorus analysis from drinking water

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2017-06-12
Department
Major/Subject
Vesi- ja ympäristötekniikka
Mcode
R3005
Degree programme
Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
66+14
Series
Abstract
A novel method for analysing low total phosphorus concentrations from drinking water samples was developed. The new method was utilized in analysing the total phosphorus concentration of water samples collected from the Helsinki metropolitan regions drinking water distribution system (DWDS). The total phosphorus concentration was compared to corresponding samples nitrite- and total nitrogen concen-trations as well as total organic carbon concentrations. Furthermore, the effect of phosphorus on nitrification occurrence in DWDSs was studied from water samples collected from a laboratory scale DWDS. Current standard methods are able to determine total phosphorus concentrations which are above 2 µg/l. However, efficient drinking water treatment processes are able to reduce phosphorus concentrations below the 2 µg/l limit. The novel method was used to preconcentrate total phosphorus through evaporation. This raised the total phosphorus concentration above the limit required by the standard method SFS EN ISO 6878. Furthermore, the quantification limit was lowered by utilizing a 10 optical cell instead of a 4 cm. The method was developed to be as simple as possible, in order to ensure easy methodology and good reliability. The novel method was deemed to reliably determine total phosphorus concentrations above 0.34 µg/l from drinking water samples. The reliability was ensured by 2.5 µg/l known concentration total phosphorus analysis, that showed an average of 2.52 ± 0.122. The total phosphorus concentration in the Helsinki metropolitan region ranged be-tween 0.6-2.3 µg/l during 9.9.2014-2.6.2015. The total phosphorus concentration in the bulk water did not show any relationship to seasonality. The total phosphorus concentration remained fairly even in the DWDS, which indicated that the microbial growth had reached a mature state. When comparing the total phosphorus to the observed nitrite in the DWDS, no clear connection was observed. The total phospho-rus concentration was determined to be roughly 50 times less than total organic carbon or total nitrogen in the DWDS. Water samples collected from the laboratory scale DWDS during a period of 23.4.2015–26.6.2016 were analysed with the standard method SFS EN ISO 6878. The quantification limit was lowered to 0.68 by using a 10 cm optical cell. The analysis suggested that in young DWDSs, the lack of sufficient phosphorus could inhibit or delay unwanted nitrification occurrence. However, once sufficient phosphorus (5 µg /l) was available, nitrification was not seen to increase with increasing phosphorus concentration.

Diplomityössä kehitettiin uusi menetelmä alhaisten kokonaisfosforipitoisuuksien analysoimiseksi talousvedestä. Uutta menetelmää hyödynnettiin analysoimalla pääkaupunkiseudun talousveden kokonaisfosforipitoisuus, jota verrattiin saman veden nitriitti- ja kokonaistyppipitoisuuksiin sekä orgaanisen hiilen pitoisuuksiin. Lisäksi diplomityössä arvioitiin fosforin vaikutusta nitrifikaatioon talousvesiverkostossa analysoimalla laboratoriomittakaavaisesta talousvesiverkostosta kerättyjä näytteitä. Kokonaisfosforin analysoimiseen käytettävien yleisimpien standardimenetelmien määritysraja on 2 µg/l. Tehokkaat talousveden käsittelymenetelmät voivat kuitenkin tuottaa vettä, jonka kokonaisfosforipitoisuus on alle kyseisen määritysrajan. Työssä kehitetyllä menetelmällä talousvesinäytteen kokonaisfosforipitoisuutta väkevöitiin haihduttamalla suuremmaksi kuin standardimenetelmän (SFS EN ISO 6878) vaa-tima määritysraja. Lisäksi määritysrajaa laskettiin käyttämällä 10 cm kyvettiä standandardissa ohjeistetun 4 cm kyvetin sijasta. Menetelmästä kehitettiin mahdollisimman yksinkertainen työskentelyn helpottamiseksi sekä analyysin luotettavuuden varmistamiseksi. Talousveden kokonaisfosforipitoisuus kyettiin määrittämään luotettavasti suuremmista kuin 0.34 µg/l pitoisuuksista. Menetelmän luotettavuus tarkistettiin 2,5 µg/l kokonaisfosforia sisältävillä tunnetuilla näytteillä, joiden pitoisuuden keskiarvo oli 2.52 ± 0.122. Pääkaupunkiseudun talousveden kokonaisfosforipitoisuus vaihteli välillä 0.6-2.3 µg/l ajanjaksolla 9.9.2014–2.6.2015. Vuodenajalla ei havaittu olevan vaikutusta kokonaisfosforipitoisuuteen. Kokonaisuudessaan kokonaisfosforipitoisuus verkostossa pysyi suhteellisen tasaisena etäisyyden ja vuodenajan suhteen, mikä viittasi verkoston vakiintuneeseen biologiseen tilaan. Kun verrattiin fosforipitoisuuksia verkostossa havaittuun nitriittiin, selkeää riippuvuutta ei kyetty todentamaan. Kokonaisfosforipitoisuuksien todettiin olevan niin matalia, että mikrobien käytettävissä oli fosforia noin 50-kertaisesti vähemmän kuin orgaanista ainetta tai kokonaistyppeä. Laboratoriomittakaavan verkostosimulaattorista ajanjaksolla 23.4.2015–26.6.2016 kerätyistä vesinäytteistä analysoitiin kokonaisfosforipitoisuus käyttämällä standar-dimenetelmää (SFS EN ISO 6878). Menetelmän määritysrajaa laskettiin pitoisuuteen 0.68 µg/l käyttämällä 10 cm kyvettiä. Analyysitulokset osoittivat, että uusissa talousvesiverkostoissa fosforin puute voi estää tai hidastaa haitallisen nitrifikaation esiintymistä. Nitrifikaation ei kuitenkaan nähty lisääntyvän merkittävästi sen jälkeen, kun vedessä esiintyi fosforia yli 5 µg/l.
Description
Supervisor
Vahala, Riku
Thesis advisor
Rantanen, Pirjo
Keywords
phosphorus, DWDS, total phosphorus, method development
Other note
Citation