Optimizing the coagulation process at Solumstrand wastewater treatment plant

Abstract

Renseanlegg i Norge har lenge benyttet seg av jartesting og mengdeproporsjonal dosering for å bestemme doseringen ved den kjemiske fellingsprosessen. Disse metodene har blitt benyttet ettersom hovedmålet til renseanleggene har vært å maksimere fjerning av fosfor og partikler, uten å ta hensyn til overdosering av kjemikalier. Nylig har det derimot blitt lagt mer vekt på å minimere kjemikaliebruk ved renseanlegg. Målet med å minimere kjemikaliebruken er å minke kostnader relatert til den kjemiske fellingen, samt å redusere slamproduksjon. Dette har ført til at automatiske doseringssystemer har blitt installert på mange norske renseanlegg. Solumstrand renseanlegg benytter seg av et av disse avanserte doseringssystemene. Anlegget bestemmer doseringen basert på relevante innløpsparametere, samt noen utløpsparametere som benyttes for doseringskorrigering. Dette systemet har blitt tatt i bruk og har forbedret renseprosessen ved Solumstrand renseanlegg og har i tillegg redusert kostnader relatert til dosering, men det er fortsatt rom for forbedring. Denne oppgaven forsøker å visualisere korrelasjonen mellom de relevante vannkvalitetsparameterne på Solumstrand renseanlegg, samt å kvantifisere parameterne som ikke blir målt av sensorer på renseanlegget med hensyn på renseanleggets optimaliseringsmuligheter. Dette ble gjort ved hjelp av labanalyser, fullskalatester av koagulant- og polymerdosering, og statistiske analyser. Hensikten med denne oppgaven er å se på hvilke deler av den kjemiske fellingsprosessen som kan optimaliseres med hensyn på økonomiske og miljømessige besparelser. På grunn av Corona-virus pandemien i verden ble fullskalatestene kansellert, og metodikken rundt oppgaven ble deretter omstrukturert. Et større fokus ble satt på teori, på grunnlag av diskusjoner med fageksperter som er tilknyttet renseanlegget, og på de statistiske analysene som var tilgjengelige med sanntidsbasert data tilgjengelig på nett. Denne studien viser til at implementering av sensorer som måler spesifikke parametere er nødvendig. Ved bruk av sensorer vil overvåkning og prosesskontroll på anlegget gjøre systemet lettere å regulere, samt optimalisere doseringen ved den kjemiske fellingen. I tillegg anbefales videre undersøkelse av renseanlegget, blant annet gjennomføring av fullskalatester av forskjellige koagulant- og polymerdoseringer.

Wastewater treatment plants in Norway have long used jar testing and flow-proportional dosing when deciding the coagulant dosage at the chemical coagulation process. Treatment plants utilize these methods because the primary goal has been to maximize the removal of phosphorus and particles, without taking overdosing of chemical coagulants into consideration. However, in more recent times, the emphasis has been on minimizing chemical usage at treatment plants. The goal is to reduce costs related to chemical coagulation and to reduce the production of sludge. This change in priority has led to the use of automatic dosing systems at many treatment plants in Norway. Solumstrand treatment plant uses one of these advanced dosing systems. The treatment plant decides the dosage based on relevant inlet parameters while using some outlet parameters for feed-back correction. Implementing this system has improved the treatment process at Solumstrand and has reduced costs related to dosing, but there is still room for improvement. This thesis attempts to visualize the correlation between the water quality parameters at Solumstrand treatment plant and quantify the water quality parameters to look at optimization possibilities. Lab analyses, full-scale tests of coagulant and polymer doses, and statistical analyses were the baseline of the thesis work when working towards the set goal. The aim is to optimize the chemical coagulation process for economic and environmental purposes. After the coronavirus pandemic hit Norway, full-scale tests could no longer be completed, and the methods had to be restructured. Because of this, discussions with subject matter experts and the statistical analyses available through real-time data accessible online were given a larger emphasis. Results from the thesis work suggest the implementation of sensors that measure specific parameters. Increasing surveillance and process control will make the system more flexible, and it will be easier to optimize the dosing at the chemical coagulation process. Further research is also recommended, especially in the form of full-scale tests of both coagulant and polymer dosages.