TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361 Tid: 05 okt 2007, kl 9.00-14.00 Plats: Skrivsalen, Polacksbacken Ansvarig lärare: Bengt Carlsson tel 018-4713118, 070-6274590 Bengt kommer till tentasalen omkring kl 12.00 Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, och matematisk formelsamling. Preliminära betygsgränser: 3:24-29, 4:30-34, 5:35-40 Eventuella bonuspoäng gäller på ordinarie tentamen (det år man gick kursen) och resttentamen i januari Lösningarna ska vara tydliga. Skriv namn på varje ark. LYCKA TILL Bengt Carlsson 1
1) a) Ange två analysmetoder som ger ett mått på mängden organiskt material i avloppsvatten? b) Vilken typ av reningsprocess byggdes ut i Sverige framförallt under 1990- talet? c) Ange två vanliga fällningskemikalier för att fälla ut fosfor.. d) Ange två viktiga aktörer i slamdebatten. e) Hur styrs normalt doseringen av fällningskemikalier till en fällningsdam? f) Ange en fördel och en nackdel med att använda fällningsdammar. g) Ange något problem som ersättningspreparat för fosfor i tvättmedel kan ge. h) I bisubstratmodellen antas biomassa sönderfalla till två fraktioner, vilka? i) Vad menas med simultanfällning? j) Ange någon fördel med en biobädd (jämfört med en aktivslamprocess). k) Vilken miljö krävs för att biop-bakterier ska bygga upp sitt förråd av PHB (poly-hydroxy-butyrat)? l) Vilken typ av reningsprocess dominerade inledningsvis (t ex slutet på 1800- talet i England) dricksvattenreningen? m) Vilken typ av vattenverk producerar den största mängden dricksvatten i Sverige? n) Ange ett alternativ till klor för att desinficera dricksvatten o) Vad kan för låg syrehalt i en aerob bassäng för kväverrening ge för problem (förutom ev försämrad reningseffekt)? 2
2) Ett reningsverk har problem med sedimenteringen. En analys av det aktiva slammet visar att det finns en hel del Microtrix parvicella där. Vilka två specifika sedimenteringsproblem kan verket ha? (2p) 3) I Sverige idag används främst biogas processen för behandling av olika typer av avfall med ett högt innehåll av organiskt material, t.ex. slakteriavfall, livsmedelsavfall, gödsel och primärslam. Direkt behandling av olika typer av avloppsvatten i en biogasprocess är inte så vanligt, även om detta är en frekvent förekommande process i t.ex. Holland. Behandling av mer utspätt organiskt material (såsom avloppsvatten) i en biogasprocess kräver en annan typ av processlösning än den kontinuerliga och totalomblandade process som är vanligast i Sverige idag. a) Beskriv kort varför den process som används för rötning av organiskt materal med högt innehåll av organiskt material är olämplig för avloppsvattenrening. (1p) b) Beskriv två processlösningar som används för direkt behandling av avloppsvatten i en biogasprocess (rita gärna). (2p) 4) Beskriv kort olika metoder att styra doseringen av fällningskemikaler (för fosforrening). Diskutera också kort varje metods för- resp nackdelar. För full poäng krävs att minst fyra metoder beskrivs. (4p) 5) Beskriv och visa utifrån ett blockschema hur trycket för luftarsystemet (blåsmaskinerna) kan styras så att den mest öppna ventilen av de ventiler som styr luftningen är nästan helt öppen. (3p) 3
6) Betrakta en totalomblandad biologisk reaktor enligt Figur 1. Q, Sin, Xin S, X Volym V Figur 1: Totalomblandad biologisk reaktor. Inflödet = utflödet och betecknas É (enhet volym/tidsenhet). Vätskevolymen i reaktorn är Î. Inflödet har substratkoncentrationen Ë Ò 0, och biomasskoncentration Ò 0. Yielden (utbyteskonstanten) är (biomassökning/substratkonsumption). Specifika tillväxten av biomassa ges av följande samband Ë Ë Ó (Ë) = Ñ Ü Ã + Ë Ã Ó + Ë Ó där Ñ Ü är maximal tillväxt, Ë Ó är syrehalt och Ë substrathalt. Ã Ë halvmättnadskonstanter. och Ã Ó är Biomassan dör ut (antas bli inert material) med den specifika avdödningshastigheten (decay rate) (som har samma enhet som (Ë)). a) Ta fram en dynamisk modell för substrat- och biomasskoncentrationerna. (1p) b) Ta fram ett uttryck för hur yielden kan bestämas (stationaritet antas) där inte (Ë) ingår. Studera också vad som händer då = 0. (3p) c) Låt Ò = 0 och anta stationaritet. Antag att då syrehalten Ë Ó = Ã Ó och Ñ Ü = 1 så erhålls en viss substratkoncentration Ë = Ë 1. Antag att vi vill bibehålla Ë = Ë 1 och att syrehalten kan göras godtyckligt stor (inte helt realistiskt)? Hur lågt Ñ Ü kan då tillåtas? (2p) 4
7) En sedimenteringsbassäng har arean = 200 m 2 och en fluxkurva enligt Figur 2. Slamkoncentrationen för inflödet till sedimenteringsbassängen är 7 kg/m 3. Använd solid fluxteorin för att uppskatta vid vilket inflöde till sedimenteringsbassängen som slamflykt kan förväntas. (3p) 8 Solid flux kurva 7 6 Total Flux, J [kg/m2*h] 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 Slamkoncentartion, X [kg/m3] Figur 2: Total flux som funktion av slamkoncentration. 5
8) Betrakta aktivslamprocessen i Figur 3. Qin, Xin=0, Sin Luftningstank, volym V. Qin+Qr, X, S Sed.bassäng Qe, Xe=0, S Returslamflöde, Qr, Xr, S Överskottsslam, Qw, Xr, S Figur 3: Aktivslamanläggning. Ë Tillväxten av biomassa har en specifik tillväxthastighet (Ë) = Ñ Ü ÃË+Ë och substratet har en yield som betecknas. Sedimenteringen antas ideal : försumbar dynamik, inga biologiska reaktioner och allt slam sedimenterar. Substratet antas löst och dess koncentration påverkas inte av sedimenteringen. Processen har i utgångsläget följande värden på parametrar och flöden (stationaritet antas): Ñ Ü = 0 2 h 1, Ã Ë = 19 g/m 3, = 0 8. Inflöde É Ò = 2000 m 3 /h. Returslamflöde: É Ö = 2000 m 3 /h. Bassängvolym Î = 4000 m 3. Substratkoncentration i inkommande vatten : Ë Ò = 151 g/m 3. Överskottsslamflödet É Û är inställt så att Ë = 1 g/m 3 stationärt. Betrakta följande tre alternativ: 1. Substratkoncentration i inkommande vatten halveras så att Ë Ò = 75 5 g/m 3. 2. Inflödet halveras så att É Ò = 1000 m 3 /h. 3. Bassängvolymen fördubblas så att Î = 8000 m 3. a) Vilket av av alternativen (inga andra förändringar görs i processen) ger den lägsta stationära substratkoncentrationen (jämfört med utgångsläget)? Du behöver inte räkna ut den stationära substratkoncentration för varje fall men tydlig motivering krävs. (4p) 6