TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361"

Marie Jonsson
för 7 år sedan
Visningar:

1 TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361 Tid: 5 oktober 2009 kl Plats: Polacksbacken skrivsal Ansvarig lärare: Bengt Carlsson tel , Bengt kommer till tentasalen omkring kl Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, och matematisk formelsamling. Preliminära betygsgränser: 3:24-29, 4:30-34, 5:35-40 Gränserna var gelaktigt angivna i originaltentan! Lösningarna ska vara tydliga. Skriv namn på varje ark. Notera försättsbladet som är bifogat (sista sidan) tentamen. LYCKA TILL Bengt Carlsson

2 1) Besvara nedanstående frågor kortfattat, 1p för varje korrekt svar. a) När man gör en BOD analys av avloppsvatten kan det hända att man får en ganska kraftig ökning av syreförbrukningen efter ca dagar. Varför? b) I bisubstratmodellen sönderfaller biomassa till två fraktioner, vilka? c) Ange någon fördel med en biobädd (jämfört med en ASP). d) Ange en nackdel med en biodamm? e) Vilken process är normalt mest känslig för låga temperaturer i en aktivslamprocess med kväverening? f) Ange två vanliga fällningskemikalier för att fälla ut fosfor. g) Hur (ge en kort beskrivning) påverkas tillväxthastigheten av mikroorganismer om tillväxthastigheten modelleras med Haldane-kinetik? h) Vilka två problem kan uppstå om det finns för mycket filamentbildande bakterier i en aktivslamprocess? i) Vilken reningsteknik användes för att hindra smittspridningen av kolera i bl a England i slutet av 1800-talet? j) Ange en fördel och en nackdel med grundvatten jämfört med ytvatten (för dricksvattenproduktion). k) Vilka två epoker kan urskiljas i VA-teknikens historia? 2

3 2) Ange och motivera från ett mikrobiologiskt perspektiv, minst tre åtgärder som behövs för att omvandla en konventionell aktivslamprocess till biologisk kväverening. Den föreslagna processlösningen ska inte utnyttja någon internrecirkulation av avloppsvattenvatten. (3p) 3) Ange och motivera två sätt att förbättra gasproduktionen i rötkammaren på ett reningsverk. (2p). 4a) Beskriv och visa utifrån ett blockschema hur ammoniumhalten den aeroba delen i en aktivslamprocess kan regleras. Ange någon faktor som man bör beakta om man inför denna typ av reglering. (3p) b) Antag att ammoniumhalten regleras enligt ovan och hålls på ett fixt börvärde. Vad händer med syrehalterna om slamåldern sänks? (1p) 3

4 5) Betrakta en totalomblandad biologisk reaktorenligt Figur 1. Q, Sin, Xin=0 S, X Volym V Figur 1: Totalomblandad biologisk reaktor. Inflödet = utflödet och betecknas Q (enhet volym/tidsenhet). Vätskevolymen i reaktorn är V. Inflödet har substratkoncentrationen S in > 0, men försumbar biomasskoncentration (X in = 0). Yielden (utbyteskonstanten) är Y (biomassökning/substratkonsumtion). Specifika tillväxten av biomassa ges av följande samband µ(s) = µ max (1 e k 1 S ) där µ max är maximal tillväxt och k 1 en konstant. a) Ta fram en dynamisk modell över substrat- och biomasskoncentrationen i reaktorn. (1p) b) Ta fram ett uttryck för det stationära värdet av substratet (ej washout) som ej beror av (stationär) biomasskoncentration. (2p) c) Antag S in =10, k 1 =0.1, µ max = 2 (de utlämnade enheterna kan antas konsistenta). Bestäm den gräns på Q/V som ger wash-out (utspolning). (3p) 4

5 6) Betrakta följande modell av en totalomblandad anoxisk reaktor (utan några internrecirkulationer): dx B,H dt ds S dt ds NO dt = µ(θ)x B,H + D(X B,H,in X B,H ) (1) = 1 Y H µ(θ)x B,H + D(S S,in S S ) + S C V u (2) = 1 Y H 2.86Y H µ(θ)x B,H + D(S NO,in S NO ) (3) där index in betecknar koncentrationer av inkommande komponenter, S s är koncentrationen av substrat, X B,H är koncentrationen av aktiv biomassa (heterotrofer) och S NO är koncentrationen av nitrat. Yielden Y H = Utspädningshastigheten D = Q/V där flödet Q = 250 m 3 /h och reaktorvolymen V = 2000 m 3. Den externa kolkällan antas adapterad och har COD innehåll S C = g COD/ m 3 (något utspädd etanol) och flödet u. Tillväxthastigheten µ(θ) är något Monoduttryck. a) När reaktorn kördes utan koldosering (dvs u = 0) blev (alla data avser stationära värden) S NO = 10 mg/l samtidigt som all intern kolkälla förbrukades (S s =0). Man önskade dosera extern kolkälla så att S NO = 5 mg/l. Bestäm erfoderlig stationär koldosering u (givet att S S,in och S NO,in är oförändrade). Det kan antas att all extern och intern kolkälla förbrukas dvs S S = 0. (5p) b) Ange en process som försummats i modellen (1) - (3) och som ofta leder till att erfoderlig koldosering är lägre än den som beräknas i a-uppg. (1p) 5

6 7) Betrakta aktivslamprocessen i figur 2. Influent, Qin, Xin=0, Sin Aeration tank, volume V, X, S Qin+Qr, X, S Clarifier Effluent, Qe, Xe=0, Se Return sludge, Qr, Xr, Sr Excess sludge, Qw, Xr, Sr Figur 2: Aktivslamprocess, flöden betecknas med Q, substratkoncentrationer med S, och biomassa (slam) med X. Tillväxten av biomassa beskrivs av V dx dt = µv X + Q rx r (Q in + Q r )X där µ = µ max S K S + S Substratförbrukningen modelleras enligt V ds dt = 1 Y µv X + Q ins in + Q r S r (Q in + Q r )S Sedimenteringen modelleras med en massbalans (ideal sedimentering) där S = S e = S r Q e = Q in Q w Följande data för processen var kända: µ max = 0.2 h 1 K S = 20 Y = 0.8 Inflöde Q in = 1000 m 3 /h Bassängvolym V = 4000 m 3 6

7 Substratkoncentration i inkommande vatten : S in = 150 g/m 3. a) Bestäm för vilken slamålder wash-out inträffar. (2p) b) Bestäm den slamålder som gör att den stationära biomasskoncentrationen blir X = 260 g/m 3. Kontrollera (jmfr a-uppg) att ditt svar är fysikaliskt rimligt! (6p) 7

8 Svar till tentamen i Vattenreningsteknik a) Nitrifikation (Se Kap 2 sid 19) b) Inert material och långsamt biologiskt nedbrytbart substrat (slowly biodegradable substrate). c) Tåligare mot belastningsvariationer. d) Dålig rening vintertid. e) Nitrifikationen. f) Aluminiumsalter och järnsalter. g) Ger inhibering (tillväxthastigheten hämmas) vid höga substratkoncentrationer. h) Slamssvällning och skumning. i) Långsamfilter. j) T ex: + Jämn temperatur, - små volymer. k) Folkhälsoepoken, miljöskyddsepoken. 2) Fyra åtgärder (tre krävs för full poäng) Dela upp i aeroba/anoxiska zoner (nitrifikation är en aerob process medan denitrifikation är en anoxisk). Öka slammets uppehållstid, dvs öka slamåldern (nitrifierarna växer långsamt) Se till att det finns en extern kolkälla för denitrifikationen (denitrifierarna kräver en organisk energikälla och vid efterdenitrifikation är det normalt brist på substrat i de anoxiska zonerna)) minimera fall/omrörning etc som kan bidra till att syre kommer in i den anoxiska delen (denitrifierarna använder hellre syre än nitrat) 8

9 3)Två exempel: Förbehandling som leder till minskad partikelstorlek (ökad yta) och därmed bättre tillgänglighet för mikroorganismerna. Inblandning av extern organisk material. Detta leder till en ökad belastning och/eller ett högre energiinnehåll 4a) Ammoniumhalten kan styras med en kaskadreglering där en regulator styr börvärdena till syrehaltsregulatorerena. Se Figugur 13 i Some control strategies for the ASP för blockschema och detaljer. Faktorer att beakta: Ev försämrade sedimeteringsegenskaper vid låga syrenivåer. Ökad risk för lustgasemissioner Dålig omrörning vid låga luftflöden (syrehalter). Kan behöva extra omrörare. Pålitlig ammoniagivare behövs. b) Om slamåldern sänks krävs en högre syrehalt för att hålla ammoniumhalten på börvärdet. Jämför Blab 2. 5a) dx dt ds dt = (µ(s) D)X = 1 Y µ(s)x + D(S in S) där D = Q/V (denna beteckning används också nedan). b) Stationärt är µ( S) = D vilket ger S = 1 k 1 ln(1 D µ max ) c) Villkor för wash out: µ( S in ) = D c vilket numeriskt ger D c = 2(1 e ) 1.3 (wash out om D D c ). 9

10 6) Betrakta (1)-(3) vid stationaritet. Lös ut X B,H från (2) (med S S = 0) och sätt in i (3). Lös ut u: u = Q c S C [ 1 β (S NO,in S NO ) S S,in ] där För u = 0 erhålls: β = 1 Y H 2.86 där S u=0 NO = 10. Önskad dosering ges av 0 = Q c S C [ 1 β (S NO,in S u=0 NO ) S S,in] u = Q c S C [ 1 β (S NO,in S u NO ) S S,in] där S u NO = 5. Subtrahera uttrycken från varandra Numeriskt fås u = 10.7 l/h b) Hydrolys u = Q c S C β (Su=0 NO Su NO ) 10

11 7a) Numerisk erhålls θ lim s θ lim s = 1 µ(s in ) = 5.7h. Jämför Blab1! samt b) Vi har att θ s = 1 µ( S) X = Y θ s D(S in S) Lös ut S från första ekvationen och sätt in i den andra: Skriv om: X = Y θ s D(S in K s µ max θ s 1 ) θ 2 s (Y Dµ maxs in ) θ s (Y D(S in + K s ) + µ max X) + X Insättning av siffervärden ger 6θ 2 s 86θ vilket ger θ s,1 =4.3 h, θ s,2 =10 h. θ s,1 är ofysikalisk, svarar mot ett negativt S, jämför uppg a. Svar: Om processen körs med en slamålder på θ s =10 h erhålls den sökta biomasskonc (260 g/m 3 ). 11

Relevanta dokument

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening - 1RT361

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening - 1RT361 Tid: 21 oktober 2014 kl 8.00-13.00 Plats: Polacksbackens skrivsal Ansvarig lärare: Bengt Carlsson tel 018-4713119, 070-6274590. Bengt kommer