Integrating coagulation and granular activated carbon filtration at a Finnish wastewater treatment plant – Pilot-scale assessment of combined phosphorus and micropollutant removal
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
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
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
99
Series
Abstract
The revised Urban Wastewater Treatment Directive (EU 2024/3019) introduces mandatory requirements for micropollutant removal at large municipal wastewater treatment plants. A minimum of 80 % removal efficiency should be met for at least six indicator substances. Additionally, Helsinki Region Environmental Services Authority aims to reduce effluent total phosphorus to approximately 0.1 mg/L annual average, stricter than current environmental permit limits. Chemical coagulation combined with granular activated carbon (GAC) filtration offers a promising approach for simultaneous treatment, where GAC functions as a mechanical filtration stage for enhanced phosphorus removal after coagulation, while adsorbing micropollutants. This study evaluated the combined process through laboratory- and pilot-scale experiments at Viikinmäki wastewater treatment plant. Two parallel pilot-scale GAC columns were operated for three months, one with polyaluminium chloride dosing and one without, enabling direct performance comparison. The 0.1 mg/L phosphorus target was consistently achieved at both laboratory- and pilot-scale tests, notably also without chemical dosing. The column with chemical dosing demonstrated enhanced phosphorus removal after initial stabilization, requiring a high molar ratio due to already low phosphorus concentrations in Viikinmäki effluent (below 0.2 mg/L). In addition to phosphorus removal, micropollutant removal exceeded 90 % for most EU Directive’s indicator substances in both columns. Furthermore, hydraulic performance remained stable under chemical dosing despite GAC surface modifications, and residual aluminium in effluent remained consistently low. The results demonstrate technical feasibility of meeting both micropollutant removal requirements and stringent phosphorus removal targets with the combined process. However, the limited three-month pilot campaign does not reflect long-term treatment performance and cannot evaluate GAC exhaustion.Uudistettu yhdyskuntajätevesidirektiivi (EU 2024/3019) tulee asettamaan haitta-aineiden poistovelvoitteita suurille yhdyskuntajätevedenpuhdistamoille. Vähintään 80 % poistoteho tulee saavuttaa ainakin kuudelle direktiivin indikaattoriaineelle. Lisäksi Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymällä on tavoitteena pienentää vesistöön menevää fosforikuormaa ympäristölupaa tiukemmalle tasolle siten, että lähtevän veden kokonaisfosforipitoisuus olisi vuosikeskiarvona noin 0,1 mg/l. Kemiallinen saostus yhdistettynä rakeiseen aktiivihiileen (GAC) on lupaava fosforin ja haitta-aineiden poistomenetelmä, jossa GAC toimii saostuksen jälkeisenä mekaanisena suodatusvaiheena fosforin poistolle samalla adsorboiden haitta-aineita. Tässä työssä arvioitiin yhdistettyä prosessia laboratorio- ja pilot-mittakaavan kokeilla Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla. Pilotointi suoritettiin kahdella rinnakkaisella GAC-suodattimella, joista toinen toimi vertailulinjana ilman kemikalointia, ja toiseen syötettiin polyalumiinikloridia. Alle 0,1 mg/l kokonaisfosforipitoisuus saavutettiin sekä laboratorio- että pilot-mittakaavan kokeissa, pääosin myös ilman kemikaalin annostelua. Suodatin, johon syötettiin kemikaalia, osoitti tehokkaampaa fosforin poistoa alun tasapainoittumisen jälkeen. Saostus vaati kuitenkin korkean moolisuhteen Viikinmäen lähtevän veden jo valmiiksi alhaisen fosforipitoisuuden vuoksi (alle 0,2 mg/l). Fosforin poiston ohessa haitta-aineiden poistoteho ylitti 90 % suurimmalle osalle EU-direktiivin indikaattoriaineista molemmissa suodattimissa. Myös hydraulinen suorituskyky pysyi tasaisena kemikaaliannostelun aikana hiilen pintarakenteen muutoksista huolimatta, minkä lisäksi pilotilta lähtevä jäännösalumiini pysyi alhaisena. Tulokset osoittavat yhdistetyn prosessin teknisen toteuttavuuden sekä haitta-aineiden poistovaatimusten että tiukkojen fosforin poistotavoitteiden osalta. Pilotointijakso oli kuitenkin rajattu kolmeen kuukauteen, joten tulokset eivät kuvasta pitkän aikavälin käsittelytehoa tai hiilen kyllästymistä.Description
Supervisor
Al-Juboori, RaedThesis advisor
Mikola, AnnaReuna, Sini