Enhancement of coagulant dosing control in water and wastewater treatment processes

Abstract

Chemical coagulation is one of the most important treatment processes in wastewater treatment and drinking water treatment. Defining the optimal coagulant dosage is a vital operation that decides the treatment efficiency and economy of the coagulation process. Chemical coagulation is a well-defined process where the optimal coagulant dosage is dependent on the influent quality, expressed by particle concentration, pH, temperature, colour or phosphate, alkalinity, etc. However, no conceptual model has been developed due to the complexity of this process and the research on coagulant dosage control has continued for decades (Ratnaweera and Fettig, 2015). Among all the avenues of research, the model predictive control based on online measurements is the most promising concept for coagulant dosage control. It presents various methods of model calibration and well-defined testing procedures. A Feed-Forward (FF) model based concept of a multi-parameter dosing control system for wastewater was originally proposed by Ratnaweera et al. (1994) and then improved upon by Lu (2003) and Rathnaweera (2010). According to previous results of full-scale tests, the multi-parameter dosing control system has proven to provide acceptable effluent quality and improved economy on most occasions in several wastewater treatment plants.

Kjemisk felling er en av de viktigste enhetsprosessene i både avløps- og drikkevannsbehandling. Identifisering av optimal koagulantdose er sentralt i driften av koaguleringsprosessen, og avgjørende for både rensegraden og driftsøkonomien i prosessen. Kjemisk felling er en veldefinert prosess der den optimale koagulantdosen avhenger av kvaliteten på innkommende vann, gitt ved partikkelkonsentrasjon, pH, temperatur, farge eller fosfatinnhold, alkalinitet osv. Det finnes imidlertid ingen universielle konseptuell modell for å bestemme optimal dose ettersom prosessen er svært kompleks. Dette har ført til årtier med forskning på regulering av koagulantdosen (Ratnaweera og Fettig, 2015). Av de ulike forskningsretningene har prediktiv regulering basert på online målinger vist seg svært populært, og inkluderer forskjellige metoder for modellkalibrering og definerte testprosedyrer. Et konsept bestående av multi-parameter doseringsregulering for avløpsrensing ble opprinnelig foreslått av Ratnaweera et al. (1994) og forbedret av Lu (2003) og Rathnaweera (2010). Tidligere fullskala tester har vist at systemet for multi-parameter doseringsregulering gir akseptabel kvalitet på behandlet vann og forbedret driftsøkonomi i et antall avløpsbehandlingsanlegg.