| 1. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Evaluating Environmental Performance of Operational Strategies at Wastewater Treatment Plants
- 2016
-
Ingår i: IWA World Water Congress and Exhibition 2016 (IWA 2016).
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- Multi-objectiveperformance assessment of operational strategies at wastewater treatment plants(WWTPs) is a challenging task. The holistic perspective applied to evaluationof modern WWTPs, including not only effluent quality but also, resourceefficiency and recovery, global environmental impact and operational cost callsfor assessment methods including both on and off-site effects. In this study amethod combining dynamic process models – including greenhouse gas (GHG)emissions and detailed energy models – and life cycle assessment was developed.The method is applied and calibrated to a large Swedish WWTP. In a performanceassessment study changing the operational strategy to chemically enhanced primarytreatment was performed and evaluated. The results show that the primaryobjectives, to enhance bio-methane production and reduce greenhouse gasemissions were reached. Bio-methane production increased by 14% and the globalwarming potential (GWP) decreased by 28%. However, the LCA revealed that due toincreased consumption of precipitation chemicals and additional carbon sourcedosing (methanol) the abiotic depletion of elements and fossil re-sourcesincreased by 77 and 305%, respectively. The results emphasise the importance ofusing plant-wide mechanistic models and life cycle analysis to capture thedynamics of the plant – e.g. dynamics of GHG emissions – and the potentialglobal environmental impact.
|
|
| 2. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Modellering av avloppsreningsverk för multikriteriebedömning av prestanda och miljöpåverkan
- 2017
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Genom att använda detaljerade dynamiska modeller och kombinera resultat från årslånga simuleringar av ARV (såväl vatten- som slamlinjer) med livscykelanalys kan olika driftstrategier utvecklas och utvärderas utifrån en bred uppsättning hållbarhetskriterier fö att maximera resursutvinning och energieffektivitet samtidigt som vattenkvalitén bibehålls och driftskostnaderna kontrolleras. Metodiken har tillämpats vid en omfattande fallstudie av Käppalaverket.
|
|
| 3. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Multi-objective performance assessment of wastewater treatment plants combining plant-wide process models and life cycle assessment
- 2017
-
Ingår i: Journal of Water and Climate Change. - : IWA Publishing. - 2040-2244 .- 2408-9354. ; 8:4, s. 715-729
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Multi-objective performance assessment of operational strategies at wastewater treatment plants (WWTPs) is a challenging task. The holistic perspective applied to evaluation of modern WWTPs, including not only effluent quality but also resource efficiency and recovery, global environmental impact and operational cost calls for assessment methods including both on- and off-site effects. In this study, a method combining dynamic process models – including greenhouse gas (GHG), detailed energy models and operational cost – and life cycle assessment (LCA) was developed. The method was applied and calibrated to a large Swedish WWTP. In a performance assessment study, changing the operational strategy to chemically enhanced primary treatment was evaluated. The results show that the primary objectives, to enhance bio-methane production and reduce GHG emissions were reached. Bio-methane production increased by 14% and the global warming potential decreased by 28%. However, due to increased consumption of chemicals, the operational cost increased by 87% and the LCA revealed that the abiotic depletion of elements and fossil resources increased by 77 and 305%, respectively. The results emphasize the importance of using plant-wide mechanistic models and life cycle analysis to capture both the dynamics of the plant and the potential environmental impacts.
|
|
| 4. |
|
|
| 5. |
- Amaral, Andreia, et al.
(författare)
-
Modelling gas-liquid mass transfer in wastewater treatment : when current knowledge needs to encounter engineering practice and vice versa
- 2019
-
Ingår i: Water Science and Technology. - : NLM (Medline). - 0273-1223 .- 1996-9732. ; 80:4, s. 607-619
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Gas-liquid mass transfer in wastewater treatment processes has received considerable attention over the last decades from both academia and industry. Indeed, improvements in modelling gas-liquid mass transfer can bring huge benefits in terms of reaction rates, plant energy expenditure, acid-base equilibria and greenhouse gas emissions. Despite these efforts, there is still no universally valid correlation between the design and operating parameters of a wastewater treatment plant and the gas-liquid mass transfer coefficients. That is why the current practice for oxygen mass transfer modelling is to apply overly simplified models, which come with multiple assumptions that are not valid for most applications. To deal with these complexities, correction factors were introduced over time. The most uncertain of them is the α-factor. To build fundamental gas-liquid mass transfer knowledge more advanced modelling paradigms have been applied more recently. Yet these come with a high level of complexity making them impractical for rapid process design and optimisation in an industrial setting. However, the knowledge gained from these more advanced models can help in improving the way the α-factor and thus gas-liquid mass transfer coefficient should be applied. That is why the presented work aims at clarifying the current state-of-the-art in gas-liquid mass transfer modelling of oxygen and other gases, but also to direct academic research efforts towards the needs of the industrial practitioners.
|
|
| 6. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Aeration system modelling - case studies from three full-scale wastewater treatment plants
- 2015
-
Ingår i: 9th IWA Symposium on Systems Analysis and Integrated Assessment (Watermatex 2015).
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- The water train of three WWTPs have been modelled following the procedures of the Benchmark Simulation Model (BSM) platform (Gernaey et al., 2014). Additionally the aeration system has been modelled to evaluate airflows and energy performance. The results for the airflow model are presented. The chosen airflow model is shown to be easy to apply and calibrate and robust for practical modelling cases. By simply adjusting the SOTE-polynomial, number of diffusors and airflow limitations the model replicates the real data at a level of detail suitable for most purposes where the evaluation is based on longer time averages. For peak demand evaluation the whole treatment model with influent characterization, model calibration and controllers need to be more detailed than done here. Modelling the airflow is important to allow for evaluation of air consumption, aeration energy performance and for communication of simulation results to plant staff and operators.
|
|
| 7. |
|
|
| 8. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Balancing effluent quality, greenhouse gas emissions and operational cost - developing dynamical models for intergrated benchmarking of wastewater treatment plants
- 2012
-
Ingår i: Vatten: tidskrift för vattenvård /Journal of Water Management and research. - 0042-2886. ; 68:4, s. 295-302
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The scope for wastewater treatment plants (WWTPs) widens to consider not only water quality and cost, but also energy efficiency and greenhouse gas (GHG) emissions. The on-going research project, “Development and dynamic analysis of operational strategies for enhanced energy efficiency of wastewater treatment systems” aims to develop a tool for integrated evaluation of energy efficiency and greenhouse gas (GHG) emissions with effluent quality and operational costs. The tool will build on the comprehensive Benchmark Simulation Model no. 2. It will be extended with models for: i) production and emission of CO2, N2O and CH4 and ii) calculation of energy consumption and production at the plant. Here, a first attempt is presented together with a case where different set-points of dissolved oxygen, DO, in the aeration-tanks are simulated. The simulation results show that lowering the DO set-point from 2 mg l–1 to 1 mg l–1 reduces the CO2-emissions by 570 kg d–1, a reduction from 30,500 kg CO2 d–1 emitted from the plant at 2 mg DO l–1. However, at the same time this slightly increases the effluent discharge. Moreover, due to increased nitrite accumulation in the aeration tank, the N2O emissions increase by 12,500 kg carbon dioxide equivalents, CO2e d–1, which dramatically exceeds the reduction due to lowered power generation. Accordingly the total GHG-emissions are reduced by an increase of the DO set-point to 3 mg l–1, but the reduction is insignificant and the increased operational cost disproportional to the improvements in the emissions. The conclusion is that, to meet multi-objective goals, integrated benchmarking of the three criteria is essential.
|
|
| 9. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Digitalisering av den svenska VA-branschen
- 2021
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Rapporten ska ge VA-branschen en kunskapsbas för arbetet med digitalisering inom vatten och avlopp. Den beskriver potentialen och pekar ut framgångsfaktorer för omställningen. Den tar också upp utmaningar med kompetensförsörjning, datahantering och cybersäkerhet. En inspirationskatalog ger tio exempel på lyckade digitala tillämpningar ur verkligheten.
|
|
| 10. |
- Arnell, Magnus, et al.
(författare)
-
Förkommersiell innovationsupphandling av kvicksilverfri COD-analys
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Organiskt material analyseras traditionellt i avloppsvattenprover med analysmetoden kemisksyreförbrukning, CODCr. Analysmetoden baseras på oxidation av organisk materialmed dikromat varvid förbrukningen av oxidationsmedel blir ett indirekt mått på mängdenorganiskt material i provet. Standardmetoden för CODCr innehåller kvicksilver för att minimerainterferens av kloridjoner. Användning av kvicksilver är förbjudet i Sverige ochCODCr används idag under ett tidsbegränsat undantag. För att avloppsreningsverken skakunna uppfylla rapporteringskravet på COD under avloppsvattendirektivet och bedriva ettbra drifts- och utvecklingsarbete måste en alternativ kvicksilverfri COD-metod tas fram. Mot den bakgrunden startades denna förkommersiella upphandling med målet att identifiera, utveckla och validera en kommersialiserbar anlysmetod som skulle vara kvicksilverfri och jämförbar med CODCr samt gärna dikromatfri. Upphandlingsfasen, Fas 1, ledde till att tre metoder från två leverantörer valdes ut för utvärdering:1. COD-analys med kloridelimination från Tyska Macherey-Nagel (CE-COD)2. COD-analys med kloriddetektion från Tyska Macherey-Nagel (CD-COD)3. COD-analys med PeCOD® från Kanadensiska Mantech (PeCOD).De tre metoderna testades parallellt vid tre olika laboratorier. Utvärdering och validering delades in i två faser där alla tre metoderna utvärderades översiktligt i Fas 2a medan endastmetoder som bedömdes ha god potential att nå kommersialisering inom ramen för projekttiden validerades i Fas 2b. För Fas 2a gjordes kontrollprover och validering på verkliga prover. För Fas 2b gjordes, förutom fortsatt validering på verkliga prover, också analyser för repeterbarhet, reproducerbarhet och kloridinterferens samt provningsjämförelse och en hållbarhetsstudie. En rigorös statistisk utvärdering har utförts i enlighet med standardförfarandet för validering av kemiska analysmetoder; riktighet, repeterbarhet, reproducerbarhet, kloridinterferens och hållbarhet utvärderades. Som referensmetod vid valideringen användes ampullmetoden CODCr från Hach-Lange. Resultaten i Fas 2a visade att metoden CE-COD inte var praktiskt användbar, dels på grund av att provberedningen med fällning och filtrering av provet var praktiskt svår att genomföra samt att filtreringen i sig endast möjliggjorde analys av filtrerad COD och intetotal COD. Metoden PeCOD testades i Fas 2a endast på filtrerade prover eftersom mätprincipen inte kan analysera partikulärt organiskt material. Förutom att metoden visade på bristande korrelation mot referensmetoden så meddelade leverantören att de inte skulle kunna leverera den utlovade upplösningsenheten för partikulärt material som skulle möjliggöraanalys av total COD. Varken CE-COD eller PeCOD gick vidare till validering iFas 2b. CD-COD från Macherey-Nagel var den metod som gav bäst resultat utifrån upphandlingens krav. Kloridinterferens kompenseras genom separat kloridmätning och reduktion av uppmätt COD-värde. Metoden gav resultat med hög riktighet och god repeterbarhet för inkommande prover. För utgående prover var riktigheten acceptabel på ett av tre laboratorier. På de laboratorier vars prover kom från stora reningsverk med höga utsläppskrav underskattade metoden COD-halten. Kloridkoncentrationen i provet kunde inte visas påverka mätresultatet. CD-COD är kvicksilverfri men inte dikromatfri. Metodenär färdig att kommersialisera för mätning på inkommande avloppsvatten. Även förutgående avloppsvatten kan analysmetoden användas om en laboratorie intern validering visar att riktigheten är acceptabel på specifika provtyper och provpunkter. För generell tillämpning på utgående prover behöver metoden utvecklas vidare.
|
|
