TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening - 1RT361

Relevanta dokument
TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Statisk olinjäritet. Linjärt dynamiskt system

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Räkneuppgifter i Vattenreningsteknik - 2

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Q, Sin, Xin=0 Q, S, X S, X. Volym V

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Q, Sin, Xin=0 Q, S, X S, X. Volym V

SÄTTERSVIKENS AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

KILENE AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

Modellering och styrning av ett biologiskt reningsverk

Modellering och styrning av ett biologiskt reningsverk

Kemisk fällning av avloppsvatten kan

RENINGSVERKETS MIKROBIOLOGI BIOLOGISKA RENINGSSTEGET KVÄVETS KRETSLOPP ANDRA BIOLOGISKA RENINGSMETODER

avloppsvattenrening genom reglerteknik Bengt Carlsson Uppsala universitet

Miljöpåverkan från avloppsrening

Är strängare miljökrav alltid bättre för miljön? Sofia Andersson , NAM19

Stockholms framtida avloppsrening MB Komplettering

Magnus Arnell, RISE Erik Lindblom, Stockholm Vatten och Avfall

Informationsmöte på Margretelunds reningsverk. Mikael Algvere AOVA chef

Nordens första anläggningar med aerobt granulärt slam De första resultaten från Strömstad & Tanum

Modellering och avancerad styrning av ett biologiskt reningsverk

Hur reningsverket fungerar

KÄLLBY AVLOPPSRENINGSVERK

Operatörer och användargränssnitt vid processtyrning Datorövning 1 - Reglerteknik

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

Förbättring av kvävereduktionsprocessen på avloppsreningsverket Lucerna under WTOS-styrning

Innehåll. Vad är reglerteknik? Forskning inom processtyrning - Resurseffektiv avloppsvattenrening genom reglerteknik

Välkommen på Utbildningsdag. Processer i avloppsreningsverk

RENING AV KVÄVEHALTIGT GRUVVATTEN. Seth Mueller. VARIM 2014 (Jan-Eric Sundkvist, Paul Kruger)

RENINGSVERKETS MIKROBIOLOGI BIOLOGISKA RENINGSSTEGET KVÄVETS KRETSLOPP KEMISK RENING

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

STOCKHOLMS UNIVERSITET MATEMATISKA INSTITUTIONEN Avd. Matematisk statistik, EA, GA, ML 14 december 2009

Ammoniumåterkoppling på Himmerfjärdsverket utvärdering genom försök och simuleringar

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Lösningar för att möta nya krav på reningsverk ÄR MBR teknik lösningen på de ny kraven?

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Lokalt reningsverk för Hammarby Sjöstad, etapp 1. Förutsättningar för biologisk fosforrening i avloppsvatten från Hammarby Sjöstad - en förstudie

P =

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Rening av avloppsvatten Introduktion.

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

KURSPROGRAM VATTENRENINGSTEKNIK

TENTAMEN I TSRT19 REGLERTEKNIK

Går igenom populärversion av aktivt slam. Hur man kontrollerar slam visuellt Vad händer när det blir slamflykt och flytslam Vad bör man tänka på när

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

REPETITION (OCH LITE NYTT) AV REGLERTEKNIKEN

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Landbaserat recirkulerande vattenbruk (RAS)

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Modellering av Dynamiska system. - Uppgifter till övning 1 och 2 17 mars 2010

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Tentamen i Reglerteknik, 4p för D2/E2/T2

Vattenreningsteknik 3p (5p)

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Enkel modellering av ett biologiskt reningsverk

TENTAMEN Tillämpad Systemanalys 5hp

VAD ÄR AVLOPPSVATTEN? VARFÖR BEHÖVS AVLOPPSVATTENRENING? AVLOPPSRENINGSVERKETS DELAR

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Utveckling av en energieffektiv luftningsstrategi vid Käppalaverket, Lidingö

Lösningsförslag till Tentamen. TSFS06 Diagnos och övervakning 14 augusti, 2007, kl

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

Luftflödesstyrning på Käppalaverket utvärdering av konstanta styrsignaler

Skandinavisk Ecotech. Carl-Johan Larm vvd Produktchef

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Utvärdering av kvävefraktioner i avloppsreningsprocess med membranbioreaktor

MILJÖTEKNIK FÖR BEHANDLING AV AVLOPPSVATTEN

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Förord Joakim Säll

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Reglerteknik AK, FRTF05

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Lösningsförslag/facit till Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 5 mars, 2012, kl

övningstentamen I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

KURSPROGRAM Kommunal och industriell avloppsvattenrening

KÄLLBY AVLOPPSRENINGSVERK

NATIONELLT PROV I MATEMATIK KURS E HÖSTEN 1996

TENTAMEN I TSRT22 REGLERTEKNIK

KURSPROGRAM Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Reglerteknik AK. Tentamen kl

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

Rejektvattenbehandlingens inverkan på kvävereduktionen vid Arboga reningsverk

KURSPROGRAM VATTENRENINGSTEKNIK

Reningsverk BioPlus SORTIMENT ÖVERSIKT

Reglerteknik. Datum: 20/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( ) Hjälpmedel: Formelsamling, dimensioneringsbilaga, miniräknare.

Transkript:

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 till tentasalen ca kl 11. Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare och valfri matematisk formelsamling. Preliminära betygsgränser: 3:21-25, 4:26-30, 5:31-35 Pga av fel i uppg 5 (rättat i denna version) ströks denna uppgift och poänggränserna blev: 3:17-20, 4:21-24, 5:25-29 Lösningarna ska vara tydliga. Skriv din kod på varje ark. Notera försättsbladet som är bifogat (sista sidan) tentamen. LYCKA TILL Bengt Carlsson

Uppgift 1 Besvara nedanstående frågor kortfattad, 1p för varje korrekt svar. (a) Vad kan vara en risk/problem om man använder förfällning och har en aktivslamprocess med fördenitrifikation? (b) Vad kan vara orsaken till att man får mikroflockar i en aktivslamprocess? aktivslamprocess (c) Vilken process är normalt mest känslig för låg vattentemperatur i en aktivslamprocess med kväverening? (d) Vad måste man göra för att kunna använda tvåvärt järn för fällning? (e) Namnge en modell för tillväxthastighet som modellerar att substrathalten vid höga koncentrationer har giftverkan. Uppgift 2 Studera processlösningen för ett biosteg enligt figure 1. (a) Ange tre olika mikrobiologiska processer som pågår i de olika zonerna och beskriv kortfattat metabolismen hos de organismer som utför processerna. (3p) (b) Ange var respektive process sker. (c) Beskriv hur de påverkar BOD- och N-reningen. (d) Vad är motivet till att ha en oluftad zon i slutet av processen? (1p) (3p) (1p) Figur 1: Biosteg. Uppgift 3 Namnge tre stycken processer i ett reningsverk med biologisk kväverening och kemisk fällning i ett efterfällningssteg där det kan vara av intresse att styra processen med en regulator. För varje fall ange lämplig variabel att återkoppla från och styrsignal (insignal till processen). Ge också för varje fall ett exempel på möjlig framkopplingssignal. Hela svaret kan lämpligen redovisas i en tabell. (6p) 2

Uppgift 4 Betrakta en totalomblandad biologisk reaktor enligt Figur 2. Q, Sin, Xin=0 S, X, So2 Volym V Figur 2: Totalomblandad biologisk reaktor. Inflödet = utflödet och betecknas Q. Vätskevolymen i reaktorn är V och koncentrationen av syre S O2. Inflödet har substratkoncentrationen S in > 0, och försumbar biomasskoncentration (X in = 0). Processens biologiska reaktioner beskrivs med nedanstående matris Komponenter S S O2 X Reaktionshast r v Substrat Syre Biomassa Process Tillväxt - 1 1 Y S 1 µ Y Y max S+K S Avdöd -1 b A X S O2 S O2 +K S,O2 X (a) Ange de differentialekvationer som beskriver dynamiken för biomassa och substrat för den totalomblandade reaktorn i Figur 1 med processreaktioner enligt tabell ovan. Du behöver inte beskriva dynamiken för syrekoncentrationen. (2p) (b) Bestäm maximal tillväxthastighet µ max [d 1 ], givet följande parametervärden: S O2 = 6.3 g COD/m 3, S = 2 g COD/m 3, K S = 0.5 g COD/m 3, K S,O2 = 1.0 g COD/m 3, b A = 0.05 d 1, Y = 0.67, Q = 295 m 3 d 1, V = 1000 m 3 K S,O2 = 1.0 g COD/m 3. (3p) 3

Uppgift 5 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. Tillväxten av biomassa luftningsbassängen beskrivs av där µ(s) = µ max S K S +S V dx dt = µ(s)vx +Q rx r (Q in +Q r )X Substratförbrukningen modelleras enligt V ds dt = 1 Y µ(s)vx +Q in(s in S) Sedimenteringen antas ideal : försumbar dynamik, allt slam sedimenterar. Antag, stationaritet och att inte wash-out inträffar. Visa att då slamåldern görsså**felhög**skavaralågsomärfysikaliskt möjligtkanx bestämmas som en funktion av Y, S in, och S. (6p) 4

Uppgift 6 Betrakta aktivslamprocessen i föregående uppgift dvs figur 3 och med samma grundantaganden (modellerna för biomassa och substrat samt antagande om ideal sedimentering). Processen har i utgångsläget följande värden på parametrar och flöden: µ max = 0.2 h 1, K S = 19 g/m 3, Y = 0.8. Inflöde Q in = 2000 m 3 /h. Returslamflöde: Q r = 2000 m 3 /h. Bassängvolym V = 4000 m 3. Substratkoncentration i inkommande vatten : S in = 151 g/m 3. Överskottsslamflödet Q w är inställt så att S = 1 g/m 3 stationärt. Betrakta följande tre alternativ: 1. Substratkoncentration i inkommande vatten halveras så att S in = 75.5 g/m 3. 2. Inflödet halveras så att Q in = 1000 m 3 /h. 3. Bassängvolymen fördubblas så att V = 8000 m 3. Vilket av alternativen ovan (inga andra förändringar görs i processen) ger den lägsta stationära substratkoncentrationen? Du behöver inte räkna ut den stationära substratkoncentration för varje fall men tydlig motivering krävs. (5p) 5

Några lösningar 1) Se kursmaterial 2) a) Nitrifikation: Får energi genom att oxidera ammonium till nitrat via nitrit i två olika processer, andas med syre. Denitrifikation: Reducerar nitrat till kvävgas genom anaerob respiration, energi (elektroner) från en organisk förening. Heterotrof respiration: Oxiderar organiska föreningar till koldioxid och andas med syre. b) Nitrifikation: i den aeroba zonen. Denitrifikation: i den anoxiska zonen, (kan förekomma även i sedimenteringen). Heterotrof respiration: i den aeroba zonen c) Nitrifikation: Är första delsteget i kvävereningsprocessen, en förutsättning för denitrifikation, bidar till BOD-reningen eftersom mindre ammonium släpps ut som annars skulle vara syretärande i recipienten. Denitrifikation: Tar bort kvävet från vattnet då kvävgas avges till atmosfären, bidrar till BOD-rening då de använder organiska föreningar som energi- och kolkälla. Heterotrof respiration:den viktigaste processen för att rena vattnet från BOD, organismerna tar upp kväve då de växer vilket bidra till viss kväverening (ca 20 % reduktion). d) För att minska syrehalten i interncirkulationen (hög syrehalt försämrar denitrifikationen i det anoxiska steget) 3) Exempel: Process Återkopplingssignal Styrsignal Framkoppling (ex) Nitrifikation Ammoniumkonc i BV syre Ammonium in sista luftade zonen Denitrifikation Nitratkonc i Extern kolkälla Nitrat in sista oluftade zonen Kemfällning Fosfat i utgående vatten Dosering fällningskemikalier Fosfatmängd in 6

4a) dx dt ds dt = (µ b A D)X = 1 Y µ(s)x +D(S in S) där D = Q/V och µ = µ max S S +K S Mycket viktigt att ha med D i ekvationerna b) Stationärt (ej wash-out)gäller µ b A D = 0 S O2 S O2 +K S,O2 Lös map µ max. Numerisk erhålls µ max = 0.5 d 1. 5) Vi har att θ s = V X Q w Xr = V Q w Q r +Q w Q in +Q r Maxvärde för Q w är Q in vilket ger lägsta möjliga slamålder θ s = V/Q in. Från substratbalansen fås X = Yθ s Q in V (S in S) vilket ger X = Y(S in S) dvs samma som för en enkel bioreaktor (se även uppg 4, Räkneuppgifter-2) 6) Slamåldern ges av Stationärt gäller: Lös ut S: θ s = V X Q w Xr = V Q w Q r +Q w Q in +Q r S = θ s = 1 µ( S) K s µ max θ s 1 dvs ju högre slamålder, ju lägre substratkoncentration. 7

1. S in halveras θ s påverkas ej S opåverkad. 2. Q in halveras θ s ökar S minskar. Från uttrycket på θ s ser man att θ s inte fördubblas. 3. V fördubblas θ s fördubblas Alltså ger alt 3) den lägsta substratkoncentrationen. 8