Search

Effektiviteten av automatiserade reningsprocesser inom avloppsreningsverk beror ytterst på kvaliteten av de mätdata som fås från installerade instrument. Givarfel påverkar verkens styrning och är ofta anledningen till att olika reglerstrategier fallerar. Idag saknas standardiserade riktlinjer för hur instrumenteringsarbetet på svenska reningsverk bör organiseras vilket ger begränsade förutsättningar för reningsverken att resurseffektivt nå sina utsläppskrav. Mycket forskning har gjorts på att optimera olika reglerstrategier men instrumentens roll i verkens effektivitet har inte givits samma uppmärksamhet. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka hur instrumentering på reningsverk kan organiseras och struktureras för att säkerställa mätdata av god kvalitet och att undersöka effekter av givarfel på reningsprocessen. Inom arbetet genomfördes en litteraturstudie där instrumentering på reningsverk under-söktes. Effekter av givarfel på reningsprocessen undersöktes genom att simulera en fördenitrifikationsprocess i Benchmark Simulation Model no. 2 där bias och drift implementerades i olika givare. Simuleringar visade att positiva bias (0,10–0,50 mg/l) i en ammoniumgivare inom en kaskadreglering bidrar till att öka luftförbrukningen med cirka 4–25 %. Vidare resulterade alla typer av fel i DO-givare i den sista aeroba bassängen i en markant större påverkan på reningsprocessen än samma fel i DO-givare i någon av de tidigare aeroba bassängerna. Om den sista aeroba bassängen är designad för att hålla lägre syrehalter är DO-givaren i den bassängen den viktigaste DO-givaren att underhålla. Positiva bias (200–1 000 mg/l) i TSS-givare som används för att styra uttaget av överskottsslam bidrog till kraftiga ökningar av mängden ammonium med cirka 29–464 % i utgående vatten. Negativ drift i DO-givare visade att stora besparingar i luftningsenergi, cirka 4 %, var möjliga genom ett mer frekvent underhåll av DO-givarna. Huruvida ett instrument lider av ett positivt eller negativt givarfel, bias eller drift, kommer att påverka hur mycket och i vilken mån reningsprocessen påverkas. Studien av givarfel visade att effekten av ett positivt eller ett negativt fel varierade och att effekten på reningsprocessen inte var linjär. Effekten av givarfel på reningsprocessen kommer i slutändan att bero på den implementerade reglerstrategin, inställningar i regulatorerna och på den styrda processen. The effectiveness of automated treatment processes within wastewater treatment plants ultimately depend on the quality of the measurement data that is given from the installed sensors. Sensor faults affect the control of the treatment plants and are often the reason different control strategies fail. Today there is a lack of standardized guidelines for how to organize and work with online sensors at Swedish wastewater treatment plants which limits the opportunities for treatment plants to reach their effluent criteria in a resource efficient manner. Much research has been done on ways to optimize control strategies but the role of sensors in the efficiency of the treatment plants has not been given the same level of attention. The purpose of this thesis has been to examine how instrumentation at wastewater treatment plants can be organized and structured to ensure good quality measurement data and to examine how sensor faults affect the treatment process. Within the thesis a literature study was conducted where instrumentation at wastewater treatment plants was examined. The effects of sensor faults were examined by simulating a pre-denitrification process in Benchmark Simulation Model no. 2 where off-sets (biases) and drift where added to measurements from different implemented sensors. The simulations showed that positive off-sets (0.10–0.50 mg/l) in an ammonium sensor within a cascaded feedback-loop adds to the energy consumption used for aeration by roughly 4-25%. It could further be shown that all types of faults in a DO sensor in the last aerated basin had significantly larger effect on the treatment process than the same fault in any of the other DO sensors in the preceding basins. If the last aerated basin is designed to have low DO concentrations the DO sensor in that basin is the most important DO sensor to maintain. Positive off-sets (200–1 000 mg TSS/l) in suspended solids sensors used for control of waste activated sludge flow contributed to large increases of ammonia, by 29-464%, in effluent waters. Negative drift in DO sensors showed that significant savings in aeration energy, roughly 4%, was possible to achieve with more frequent maintenance. Whether a sensor is affected by a positive or a negative fault, be it off-set or drift, will affect how much and in what way the treatment process will be affected. The study of sensor faults showed that the effect of a positive or a negative fault varied and that the effect on the treatment process was not linear. The effect of a sensor fault on the treatment process will ultimately depend on the implemented control strategy, settings in the controllers and on the controlled process.

Avloppsreningsverk står inför uppgiften att rena inkommande vatten för att möta lagstiftade gränsvärden till en så låg kostnad som möjligt. Att syresätta biologiska reningsprocesser är kostsamt eftersom luftningsanordningen förbrukar mycket energi. Ungefär en femtedel av Himmerfjärdsverkets totala elenergiförbrukning går till luftning av biologiska processer. För att öka Himmerfjärdsverkets energieffektivitet startades under 2010 experiment med olika strategier för luftflödesstyrning. En av verkets nitrifikationsbassänger byggdes då om för att möjliggöra zonvis reglering av syrehalten. Syftet med denna studie var att utvärdera reglering med ammoniumåterkoppling och syrehaltsprofil för styrning av Himmerfjärdsverkets nitrifikationsprocess. Utvärderingen baserades på reningsresultat och energiförbrukning. Med nuvarande reglerstrategi varieras luftningen genom återkoppling från syrehalten i den andra av sex zoner i varje luftad bassäng. Denna reglering medför att det uppstår ett överskott av syre i slutet av bassängerna. Det finns således potential att spara energi om luftningen kan regleras så att syreöverskott undviks. Modellsimuleringar i Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) användes för att jämföra snabb och långsam ammoniumåterkoppling samt olika typer av syrehaltsprofiler inför försök i full skala. Modellen byggdes om och kalibrerades för att efterlikna Himmerfjärdsverkets process. Strategierna utvärderades för två scenarier; ett utan några övre begränsningar för luftningen och ett där Himmerfjärdsverkets luftflödesbegränsningar simulerades. Resultatet från simuleringarna visade att långsam ammoniumåterkoppling var den mest energieffektiva reglerstrategin i båda scenarierna. Resultatet visade även att det var möjligt att minska syretoppar genom en stigande syrehaltsprofil längs med bassängens flödesriktning. Genom fullskaleförsök utvärderades syrehaltsprofil och ammoniumåterkoppling. Resultatet visade att ammoniumåterkoppling var den reglerstrategi som förbrukade minst luft per mängd avskiljt ammoniumkväve och jämfört med ursprunglig reglering erhölls en 16 % lägre energiförbrukning. Wastewater treatment plants (WWTP) have the challenging task to treat incoming water in order to meet the discharge limits at the lowest possible cost. Aeration of biological treatment processes is one of the most energy consuming posts at a WWTP. At Himmerfjärden WWTP approximately one fifth of the total electric energy consumption is used for aeration of biological processes. With the purpose of making Himmerfjärden WWTP more energy efficient full-scale experiments with different aeration control strategies started in 2010. In one of the aerated tanks a new control system was installed in order to allow zonewise control of the dissolved oxygen (DO). The objective of this master thesis was to evaluate ammonium feedback control and DO-profile control at Himmerfjärden WWTP. The evaluation was made with regard to effluent quality and aeration needs. With the original control strategy aeration is varied to maintain a constant concentration of dissolved oxygen in the second of six zones in each aerated tank. With this control strategy oxygen peaks occur in the last zones of the aerated tank. Thus, there is potential to save energy if these oxygen peaks can be avoided. Simulations were carried out in the Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) where fast and slow ammonium feedback control and different DO-profiles were evaluated. The model was modified and calibrated to resemble the process at Himmerfjärden WWTP. The simulations showed that the slow ammonium feedback control was the most energy-efficient strategy. The results also showed that it was possible to reduce oxygen peaks by increasing the oxygen set-point along the aerated tank, e.g. an increasing DO-profile. The full-scale experiments included ammonium feedback control and DO-profile control. The results show that ammonium feedback control needed less airflow per amount ammonium removed, compared to both the DO-profile and the original control strategy, with a 16 % lower energy consumption compared to the original control strategy.

Avloppsreningsverk står inför uppgiften att rena inkommande vatten för att möta lagstiftade gränsvärden till en så låg kostnad som möjligt. Att syresätta biologiska reningsprocesser är kostsamt eftersom luftningsanordningen förbrukar mycket energi. Ungefär en femtedel av Himmerfjärdsverkets totala elenergiförbrukning går till luftning av biologiska processer. För att öka Himmerfjärdsverkets energieffektivitet startades under 2010 experiment med olika strategier för luftflödesstyrning. En av verkets nitrifikationsbassänger byggdes då om för att möjliggöra zonvis reglering av syrehalten. Syftet med denna studie var att utvärdera reglering med ammoniumåterkoppling och syrehaltsprofil för styrning av Himmerfjärdsverkets nitrifikationsprocess. Utvärderingen baserades på reningsresultat och energiförbrukning. Med nuvarande reglerstrategi varieras luftningen genom återkoppling från syrehalten i den andra av sex zoner i varje luftad bassäng. Denna reglering medför att det uppstår ett överskott av syre i slutet av bassängerna. Det finns således potential att spara energi om luftningen kan regleras så att syreöverskott undviks. Modellsimuleringar i Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) användes för att jämföra snabb och långsam ammoniumåterkoppling samt olika typer av syrehaltsprofiler inför försök i full skala. Modellen byggdes om och kalibrerades för att efterlikna Himmerfjärdsverkets process. Strategierna utvärderades för två scenarier; ett utan några övre begränsningar för luftningen och ett där Himmerfjärdsverkets luftflödesbegränsningar simulerades. Resultatet från simuleringarna visade att långsam ammoniumåterkoppling var den mest energieffektiva reglerstrategin i båda scenarierna. Resultatet visade även att det var möjligt att minska syretoppar genom en stigande syrehaltsprofil längs med bassängens flödesriktning. Genom fullskaleförsök utvärderades syrehaltsprofil och ammoniumåterkoppling. Resultatet visade att ammoniumåterkoppling var den reglerstrategi som förbrukade minst luft per mängd avskiljt ammoniumkväve och jämfört med ursprunglig reglering erhölls en 16 % lägre energiförbrukning. Wastewater treatment plants (WWTP) have the challenging task to treat incoming water in order to meet the discharge limits at the lowest possible cost. Aeration of biological treatment processes is one of the most energy consuming posts at a WWTP. At Himmerfjärden WWTP approximately one fifth of the total electric energy consumption is used for aeration of biological processes. With the purpose of making Himmerfjärden WWTP more energy efficient full-scale experiments with different aeration control strategies started in 2010. In one of the aerated tanks a new control system was installed in order to allow zonewise control of the dissolved oxygen (DO). The objective of this master thesis was to evaluate ammonium feedback control and DO-profile control at Himmerfjärden WWTP. The evaluation was made with regard to effluent quality and aeration needs. With the original control strategy aeration is varied to maintain a constant concentration of dissolved oxygen in the second of six zones in each aerated tank. With this control strategy oxygen peaks occur in the last zones of the aerated tank. Thus, there is potential to save energy if these oxygen peaks can be avoided. Simulations were carried out in the Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) where fast and slow ammonium feedback control and different DO-profiles were evaluated. The model was modified and calibrated to resemble the process at Himmerfjärden WWTP. The simulations showed that the slow ammonium feedback control was the most energy-efficient strategy. The results also showed that it was possible to reduce oxygen peaks by increasing the oxygen set-point along the aerated tank, e.g. an increasing DO-profile. The full-scale experiments included ammonium feedback control and DO-profile control. The results show that ammonium feedback control needed less airflow per amount ammonium removed, compared to both the DO-profile and the original control strategy, with a 16 % lower energy consumption compared to the original control strategy.

På Käppalaverket i Stockholm står luftningen av de biologiska bassängerna för omkring en femtedel av verkets totala elenergiförbrukning. I ett försök att minska energikostnaden utvärderades under hösten 2010 nya metoder för luftflödesreglering på verket. Grundtanken var att styra luftflödet efter medelvärdet på utgående ammoniumkoncentration under en längre tid, istället för som idag efter momentana värden. Ett vanligt sätt att styra luftflöden på reningsverk idag är att använda återkoppling från utgående ammoniumkoncentration, vilket syftar till att alltid hålla den utgående koncentrationen vid ett valt börvärde. Lagstiftade gränsvärden på ammonium avser dock normalt medelvärden över en längre tid, såsom kvartal eller år. Istället för att anpassa luftflödet efter den inkommande belastningen är det därför möjligt att hålla luftflödet relativt konstant medan istället den utgående koncentrationen tillåts variera. I denna studie visades en energibesparing kunna erhållas om luftflödets variation reduceras. Två strategier utvärderades i vilka luftflödet respektive syrehalten hölls så konstant som möjligt. Dessa jämfördes med den idag använda styrstrategin på Käppalaverket, i vilken luftflödet anpassas efter den inkommande belastningen genom återkoppling. Studien inkluderade både simuleringar i modellen Benchmark Simulation Model no. 1 och fullskaleförsök på Käppalaverket. I både simuleringar och fullskaleförsök resulterade de två utvärderade strategierna i en lägre luftförbrukning per reningsgrad än den idag använda återkopplingsstrategin. I fullskaleförsöken erhölls en luftflödesreduktion på 11 % då luftflödet hölls konstant och 15 % då syrehalten hölls konstant. Båda strategierna genererade dock en kraftigt varierande utgående ammoniumkoncentration. Variationerna var störst då luftflödet hölls konstant och korrelerade inte med den dygnsbaserade belastningsprofilen. Sammanfattningsvis visade studien att en reducering av luftflödets variation resulterar i en lägre luftförbrukning men också i en ökad instabilitet. En konstant syrehalt gav en större energivinst och även en stabilare ammoniumreduktion än ett konstant luftflöde, varför denna metod har störst potential till vidare implementering i fullskala. The aeration of the bioreactors is responsible for one fifth of the energy consumption at the Käppala wastewater treatment plant (WWTP) in Stockholm. In this report, new methods for aeration control were evaluated in order to reduce the energy costs at the plant. The main idea was to control the effluent ammonia concentration in terms of mean values instead of momentary values. A quite common approach for aeration control is to use feedback from the effluent ammonia concentration, thus aiming to keep the effluent concentration consistently at a certain set point. However, discharge limits normally refer to mean values over longer periods of time, such as months or years. Instead of adjusting the airflow to the incoming load it is therefore possible the keep the airflow fairly constant while allowing a fluctuating effluent concentration. In this paper, it was shown that by reducing the variation of the airflow, energy could be saved. Two methods were evaluated in which the airflow and oxygen concentration respectively was held constant. These methods were compared to the control strategy used today at the Käppala WWTP, where feedback control adjusts the airflow to the influent load. The study consisted of simulations with the Benchmark simulation model no. 1 (BSM1) as well as full scale experiments at the Käppala WWTP. Both the simulations and full scale experiments showed a reduced aeration per nutrient removal for the evaluated methods. In full scale, the total airflow reduction was 11 % when the airflow was held constant and 15 % when the oxygen concentration was held constant. However, the methods resulted in large variations of the effluent ammonia concentration, which did not correlate to the daily influent load. The variations were especially large when the airflow was held constant. In summary, this study showed that a reduced airflow variation results in lower aeration costs but also less stability. A constant oxygen concentration required less aeration and provided a more stable degree of ammonia removal than a constant airflow. For this reason, aeration control with a constant oxygen concentration has the best potential for further use at the Käppala WWTP.

På Käppalaverket i Stockholm står luftningen av de biologiska bassängerna för omkring en femtedel av verkets totala elenergiförbrukning. I ett försök att minska energikostnaden utvärderades under hösten 2010 nya metoder för luftflödesreglering på verket. Grundtanken var att styra luftflödet efter medelvärdet på utgående ammoniumkoncentration under en längre tid, istället för som idag efter momentana värden. Ett vanligt sätt att styra luftflöden på reningsverk idag är att använda återkoppling från utgående ammoniumkoncentration, vilket syftar till att alltid hålla den utgående koncentrationen vid ett valt börvärde. Lagstiftade gränsvärden på ammonium avser dock normalt medelvärden över en längre tid, såsom kvartal eller år. Istället för att anpassa luftflödet efter den inkommande belastningen är det därför möjligt att hålla luftflödet relativt konstant medan istället den utgående koncentrationen tillåts variera. I denna studie visades en energibesparing kunna erhållas om luftflödets variation reduceras. Två strategier utvärderades i vilka luftflödet respektive syrehalten hölls så konstant som möjligt. Dessa jämfördes med den idag använda styrstrategin på Käppalaverket, i vilken luftflödet anpassas efter den inkommande belastningen genom återkoppling. Studien inkluderade både simuleringar i modellen Benchmark Simulation Model no. 1 och fullskaleförsök på Käppalaverket. I både simuleringar och fullskaleförsök resulterade de två utvärderade strategierna i en lägre luftförbrukning per reningsgrad än den idag använda återkopplingsstrategin. I fullskaleförsöken erhölls en luftflödesreduktion på 11 % då luftflödet hölls konstant och 15 % då syrehalten hölls konstant. Båda strategierna genererade dock en kraftigt varierande utgående ammoniumkoncentration. Variationerna var störst då luftflödet hölls konstant och korrelerade inte med den dygnsbaserade belastningsprofilen. Sammanfattningsvis visade studien att en reducering av luftflödets variation resulterar i en lägre luftförbrukning men också i en ökad instabilitet. En konstant syrehalt gav en större energivinst och även en stabilare ammoniumreduktion än ett konstant luftflöde, varför denna metod har störst potential till vidare implementering i fullskala. The aeration of the bioreactors is responsible for one fifth of the energy consumption at the Käppala wastewater treatment plant (WWTP) in Stockholm. In this report, new methods for aeration control were evaluated in order to reduce the energy costs at the plant. The main idea was to control the effluent ammonia concentration in terms of mean values instead of momentary values. A quite common approach for aeration control is to use feedback from the effluent ammonia concentration, thus aiming to keep the effluent concentration consistently at a certain set point. However, discharge limits normally refer to mean values over longer periods of time, such as months or years. Instead of adjusting the airflow to the incoming load it is therefore possible the keep the airflow fairly constant while allowing a fluctuating effluent concentration. In this paper, it was shown that by reducing the variation of the airflow, energy could be saved. Two methods were evaluated in which the airflow and oxygen concentration respectively was held constant. These methods were compared to the control strategy used today at the Käppala WWTP, where feedback control adjusts the airflow to the influent load. The study consisted of simulations with the Benchmark simulation model no. 1 (BSM1) as well as full scale experiments at the Käppala WWTP. Both the simulations and full scale experiments showed a reduced aeration per nutrient removal for the evaluated methods. In full scale, the total airflow reduction was 11 % when the airflow was held constant and 15 % when the oxygen concentration was held constant. However, the methods resulted in large variations of the effluent ammonia concentration, which did not correlate to the daily influent load. The variations were especially large when the airflow was held constant. In summary, this study showed that a reduced airflow variation results in lower aeration costs but also less stability. A constant oxygen concentration required less aeration and provided a more stable degree of ammonia removal than a constant airflow. For this reason, aeration control with a constant oxygen concentration has the best potential for further use at the Käppala WWTP.

This master thesis in energy optimization was made during the autumn of 2006 at Käppala wastewater treatment plant in Lidingö, Stockholm. A preceding thesis, where all electricity consumption was mapped, showed that the aeration in the biological treatment is the single largest consumer in the plant, and it is therefore of interest to reduce this cost. The oxygen control strategy used at Käppala WWTP is working well from a nutrient removal point of view, but not from an economic one. The last aerobic zones have a very low oxygen consumption during low loading periods which give rise to enhanced dissolved oxygen concentrations with excessive costs and reduced denitrification as a result. But also during periods of normal loading unnecessary high oxygen concentration are sometimes given. By modifying the aeration control strategy three full-scale experiments have been made, with the intention to reduce the air consumption. The experiments were carried out during week 37-50 in the autumn of 2006 and showed that savings could be made. The regular oxygen control at Käppala WWTP controls the oxygen level in the aerobic compartment with two DO-setpoints; one in the first aerobic zone and one in the last. The zones in between are controlled by an airflow fractionation depending on the oxygen level in the first and last zone. In the first strategy to be evaluated, all four zones in the aerated part were individually controlled with its own setpoint. Two different setpoint combinations were tested. By using the fact that the efficiency in the oxygen transfer rate was higher at low airflows, savings of approximately 16 % were achieved. In the second strategy tested, an ammonia-feedback control combined with a DO-feedback controlled the DO-set point in the first aerobic zone. This strategy adjusted the DO- set points to the loading variations, and this gave a decreased airflow of approximately 9 %. Finally the two strategies were combined. All zones were then controlled individually with DO-set points set by an ammonium-feedback and a DO-feedback. The strategy gave savings in the airflow of approximately 18 %. In all three trials the aerated zones were more efficiently used, and the estimated savings are 550 000 SEK/year, and with a preserved nutrient removal efficiency. Under hösten 2006 har ett examensarbete om energieffektivisering på Käppalaverket på Lidingö utförts. Ett föregående examensarbete där all elenergiförbrukning kartlades visade att blåsmaskinerna i biosteget står för den enskilt största förbrukningen i verket och det är därför av intresse att minska denna kostnad. Syrestyrningsstrategin som används på Käppalaverket fungerar mycket bra ur reningssynpunkt, men är inte optimal ur energisynpunkt. Dels luftas de första aeroba zonerna för mycket vid låg belastning vilket ger upphov till kraftigt förhöjda syrekoncentrationer i de sista aeroba zonerna med höga luftningskostnader och risk för försämrad denitrifikation, men även under normal belastning har det visat sig att onödigt höga syrekoncentrationer ibland ges. Tre fullskaliga optimeringsförsök har utförts, med syfte att minska luftförbrukningen med bibehållen reningsgrad. Försöken pågick från vecka 37 till 50 hösten 2006, och visade att det finns möjlighet att spara energi genom att modifiera syrestyrningsstrategin. Den reguljära syreregleringen i Käppalaverket styr syrehalten i den aeroba bassängen mot två syrebörvärden; ett i den första luftade zonen och ett i den sista. Luftflödet till de mellanliggande zonerna styrs av luftflödesandelar beroende på syrehalten i dessa två zoner. Den första strategin som utvärderades styrde istället samtliga zoner individuellt med egna börvärden, där två olika strukturer på de satta börvärdena användes. Genom att utnyttja en högre effektivitet i syreöverföringshastigheten vid låga luftflöden uppnåddes luftflödesbesparingar på ca 16 % i första försöket. I den andra strategin styrdes syrebörvärdet i den första luftade zonen med hjälp av två återkopplingar, en från utgående ammoniumhalt och en från syrehalten i den sista luftade zonen. Tack vare att strategin anpassade syrebörvärdena efter belastningen av syretärande ämnen erhölls luftflödesbesparingar på ca 9 %. Slutligen kombinerades de två strategierna; samtliga zoner styrdes individuellt med börvärden satta av en ammonium-återkoppling och en syre-återkoppling. Strategin medförde luftflödesbesparingar på ca 18 %. I samtliga försök utnyttjades de luftade zonerna bättre, och besparingspotentialen uträknad från 2005 års elpriser blev som mest 550 000 SEK/år, detta med en bibehållen reningsgrad.

This master thesis in energy optimization was made during the autumn of 2006 at Käppala wastewater treatment plant in Lidingö, Stockholm. A preceding thesis, where all electricity consumption was mapped, showed that the aeration in the biological treatment is the single largest consumer in the plant, and it is therefore of interest to reduce this cost. The oxygen control strategy used at Käppala WWTP is working well from a nutrient removal point of view, but not from an economic one. The last aerobic zones have a very low oxygen consumption during low loading periods which give rise to enhanced dissolved oxygen concentrations with excessive costs and reduced denitrification as a result. But also during periods of normal loading unnecessary high oxygen concentration are sometimes given. By modifying the aeration control strategy three full-scale experiments have been made, with the intention to reduce the air consumption. The experiments were carried out during week 37-50 in the autumn of 2006 and showed that savings could be made. The regular oxygen control at Käppala WWTP controls the oxygen level in the aerobic compartment with two DO-setpoints; one in the first aerobic zone and one in the last. The zones in between are controlled by an airflow fractionation depending on the oxygen level in the first and last zone. In the first strategy to be evaluated, all four zones in the aerated part were individually controlled with its own setpoint. Two different setpoint combinations were tested. By using the fact that the efficiency in the oxygen transfer rate was higher at low airflows, savings of approximately 16 % were achieved. In the second strategy tested, an ammonia-feedback control combined with a DO-feedback controlled the DO-set point in the first aerobic zone. This strategy adjusted the DO- set points to the loading variations, and this gave a decreased airflow of approximately 9 %. Finally the two strategies were combined. All zones were then controlled individually with DO-set points set by an ammonium-feedback and a DO-feedback. The strategy gave savings in the airflow of approximately 18 %. In all three trials the aerated zones were more efficiently used, and the estimated savings are 550 000 SEK/year, and with a preserved nutrient removal efficiency. Under hösten 2006 har ett examensarbete om energieffektivisering på Käppalaverket på Lidingö utförts. Ett föregående examensarbete där all elenergiförbrukning kartlades visade att blåsmaskinerna i biosteget står för den enskilt största förbrukningen i verket och det är därför av intresse att minska denna kostnad. Syrestyrningsstrategin som används på Käppalaverket fungerar mycket bra ur reningssynpunkt, men är inte optimal ur energisynpunkt. Dels luftas de första aeroba zonerna för mycket vid låg belastning vilket ger upphov till kraftigt förhöjda syrekoncentrationer i de sista aeroba zonerna med höga luftningskostnader och risk för försämrad denitrifikation, men även under normal belastning har det visat sig att onödigt höga syrekoncentrationer ibland ges. Tre fullskaliga optimeringsförsök har utförts, med syfte att minska luftförbrukningen med bibehållen reningsgrad. Försöken pågick från vecka 37 till 50 hösten 2006, och visade att det finns möjlighet att spara energi genom att modifiera syrestyrningsstrategin. Den reguljära syreregleringen i Käppalaverket styr syrehalten i den aeroba bassängen mot två syrebörvärden; ett i den första luftade zonen och ett i den sista. Luftflödet till de mellanliggande zonerna styrs av luftflödesandelar beroende på syrehalten i dessa två zoner. Den första strategin som utvärderades styrde istället samtliga zoner individuellt med egna börvärden, där två olika strukturer på de satta börvärdena användes. Genom att utnyttja en högre effektivitet i syreöverföringshastigheten vid låga luftflöden uppnåddes luftflödesbesparingar på ca 16 % i första försöket. I den andra strategin styrdes syrebörvärdet i den första luftade zonen med hjälp av två återkopplingar, en från utgående ammoniumhalt och en från syrehalten i den sista luftade zonen. Tack vare att strategin anpassade syrebörvärdena efter belastningen av syretärande ämnen erhölls luftflödesbesparingar på ca 9 %. Slutligen kombinerades de två strategierna; samtliga zoner styrdes individuellt med börvärden satta av en ammonium-återkoppling och en syre-återkoppling. Strategin medförde luftflödesbesparingar på ca 18 %. I samtliga försök utnyttjades de luftade zonerna bättre, och besparingspotentialen uträknad från 2005 års elpriser blev som mest 550 000 SEK/år, detta med en bibehållen reningsgrad.

This thesis work was made for Södra Cell Mörrums bruk in Blekinge. The purpose of the work was to develop a computer model in the simulation program Extend for the removal and balance of organic oxygen consuming substances, measured as COD (Chemical Oxygen Demand), in the new biological treatment plant in the mill. The plant produces two different pulp products, TCF- (Totally Chlorine Free) pulp and ECF- (Elementary Chlorine Free) pulp, for sale. The different bleaching procedures affect the characteristic of the wastewater and thus the effectiveness of the biological treatment plant. In the model that was developed the COD in the wastewater was divided into five different COD-fractions: soluble easily degradable (SS), soluble hardly degradable (SR), soluble inert (SI), particulate inert (XI) and particulate biomass (XB). To create the model FlowMac™ was used as a base. FlowMac™ is a library module in Extend adapted for pulp and paper mills. Some of the blocks only needed a slight modification while others, for example the sedimentation basin and the bioblocks, had to be done from scratch. The calibration of the model was made from data from a period of eleven weeks and a validation was made from data that differed as much as possible from the calibration data. Then the model was used to find out in what way an increase in production to 480 000 annual tons should affect the discharge of organic oxygen consumption substances. Results from the model indicates that the goals for the total COD-discharge will be hard to achieve with an increase in production to 480 000 annual tons. Despite the fact that production of TCF-pulp generates more COD than ECF-production the total discharge of COD is lower at TCF-production. The reason is that easier degradable COD is generated in TCF-bleaching. One of the major problems is that the torrent of water that is bypassed the biological treatment plant contains a large amount of COD and the efficiency of the treatment plant must be very high if the goals for the total COD-discharge shouldn’t be exceeded. Det här examensarbetet gjordes för Södra Cell på Mörrums Bruk i Blekinge. Arbetet bestod i att göra en modell i simuleringsprogrammet Extend över nedbrytningen och massbalansen av organiska syreförbrukande ämnen, mätt som COD (Chemical Oxygen Demand), i den nybyggda biologiska reningsanläggningen på bruket. Mörrums bruk är en sulfatmassafabrik som producerar både TCF- (Totally Chlorine Free) och ECF- (Elementary Chlorine Free) massa för avsalu. De olika blekningsmetoderna påverkar sammansättningen på avloppsvattnet och därmed också den biologiska reningsanläggningens reduktion av COD. I modellen som utvecklades delades inkommande COD i obehandlat vatten upp i fem olika COD-fraktioner: löst lättnedbrytbart (SS), löst svårnedbrytbart (SR), löst inert (SI), partikulärt inert (XI) och partikulärt nedbrytbart COD i form av biomassa (XB). För att bygga modellen användes FlowMac™ som utgångspunkt. FlowMac™ är en biblioteksmodul i Extend avpassad för pappersbruk. En del block behövde bara modifieras medan andra block, t.ex. sedimenteringen och bioblocken, fick byggas till. Modellen kalibrerades med medelvärden från en elvaveckorsperiod och en validering gjordes med data från några veckor med mer extrema värden på inkommande vatten. Med modellen gjordes en simulering för att undersöka vad en produktionsökning till 480 000 årston skulle innebära med avseende på utsläppen av organiska syreförbrukande ämnen. Resultat från modellen tyder på att det vid en ökning av produktionen till 480 000 årston blir svårt att nå de uppställda totala utsläppsmålen för COD. Vid produktion av TCF-massa bildas mer COD men utsläppsmängderna är lägre än vid ECF-produktion. Anledningen är att den COD som bildas ut vid TCF-blekning innehåller en större mängd lättnedbrytbart COD. En bidragande orsak till att det blir svårt att hålla utsläppsmålen för COD är att de flöden som leds förbi reningsanläggningen innehåller mycket COD vilket gör att verkningsgraden över reningsanläggningen måste vara hög för att klara målen för totala COD-utsläppet.

This thesis work was made for Södra Cell Mörrums bruk in Blekinge. The purpose of the work was to develop a computer model in the simulation program Extend for the removal and balance of organic oxygen consuming substances, measured as COD (Chemical Oxygen Demand), in the new biological treatment plant in the mill. The plant produces two different pulp products, TCF- (Totally Chlorine Free) pulp and ECF- (Elementary Chlorine Free) pulp, for sale. The different bleaching procedures affect the characteristic of the wastewater and thus the effectiveness of the biological treatment plant. In the model that was developed the COD in the wastewater was divided into five different COD-fractions: soluble easily degradable (SS), soluble hardly degradable (SR), soluble inert (SI), particulate inert (XI) and particulate biomass (XB). To create the model FlowMac™ was used as a base. FlowMac™ is a library module in Extend adapted for pulp and paper mills. Some of the blocks only needed a slight modification while others, for example the sedimentation basin and the bioblocks, had to be done from scratch. The calibration of the model was made from data from a period of eleven weeks and a validation was made from data that differed as much as possible from the calibration data. Then the model was used to find out in what way an increase in production to 480 000 annual tons should affect the discharge of organic oxygen consumption substances. Results from the model indicates that the goals for the total COD-discharge will be hard to achieve with an increase in production to 480 000 annual tons. Despite the fact that production of TCF-pulp generates more COD than ECF-production the total discharge of COD is lower at TCF-production. The reason is that easier degradable COD is generated in TCF-bleaching. One of the major problems is that the torrent of water that is bypassed the biological treatment plant contains a large amount of COD and the efficiency of the treatment plant must be very high if the goals for the total COD-discharge shouldn’t be exceeded. Det här examensarbetet gjordes för Södra Cell på Mörrums Bruk i Blekinge. Arbetet bestod i att göra en modell i simuleringsprogrammet Extend över nedbrytningen och massbalansen av organiska syreförbrukande ämnen, mätt som COD (Chemical Oxygen Demand), i den nybyggda biologiska reningsanläggningen på bruket. Mörrums bruk är en sulfatmassafabrik som producerar både TCF- (Totally Chlorine Free) och ECF- (Elementary Chlorine Free) massa för avsalu. De olika blekningsmetoderna påverkar sammansättningen på avloppsvattnet och därmed också den biologiska reningsanläggningens reduktion av COD. I modellen som utvecklades delades inkommande COD i obehandlat vatten upp i fem olika COD-fraktioner: löst lättnedbrytbart (SS), löst svårnedbrytbart (SR), löst inert (SI), partikulärt inert (XI) och partikulärt nedbrytbart COD i form av biomassa (XB). För att bygga modellen användes FlowMac™ som utgångspunkt. FlowMac™ är en biblioteksmodul i Extend avpassad för pappersbruk. En del block behövde bara modifieras medan andra block, t.ex. sedimenteringen och bioblocken, fick byggas till. Modellen kalibrerades med medelvärden från en elvaveckorsperiod och en validering gjordes med data från några veckor med mer extrema värden på inkommande vatten. Med modellen gjordes en simulering för att undersöka vad en produktionsökning till 480 000 årston skulle innebära med avseende på utsläppen av organiska syreförbrukande ämnen. Resultat från modellen tyder på att det vid en ökning av produktionen till 480 000 årston blir svårt att nå de uppställda totala utsläppsmålen för COD. Vid produktion av TCF-massa bildas mer COD men utsläppsmängderna är lägre än vid ECF-produktion. Anledningen är att den COD som bildas ut vid TCF-blekning innehåller en större mängd lättnedbrytbart COD. En bidragande orsak till att det blir svårt att hålla utsläppsmålen för COD är att de flöden som leds förbi reningsanläggningen innehåller mycket COD vilket gör att verkningsgraden över reningsanläggningen måste vara hög för att klara målen för totala COD-utsläppet.