Primary sedimentation modelling with characterized setting velocity groups
Polorigni, C.L., Ikumi, D.S., Ekama, G.A. (2021). Primary sedimentation modelling with characterized setting velocity groups. Water Research 189, 116621. (link)
Título
Primary sedimentation modelling with characterized setting velocity groups
(Modelagem de sedimentação primária com grupos de velocidade de configuração caracterizados)
Resumo
Within a plantwide water and resource recovery facility context, an important requirement for a primary sedimentation unit model is the correct fractionation of the settleable portion (primary sludge – PS) of the raw wastewater total suspended solids (TSS) according to the (i) unbiodegradable particulate organic (UPO), (ii) biodegradable particulate organic (BPO), and (iii) inorganic settleable solid (ISS) components. This paper focuses on improving a current TSS- based primary settling tank (PST) model to account for correct proportions of these three components, with characterized settling velocity groups.
The steps taken towards development of the primary sedimentation unit model involved the development of a discrete particle settling model in Microsoft Excel and the utilisation of well characterised municipal wastewater data from previous studies in the discrete particle settling model, to reproduce PS and settled wastewater outputs in settling fractions of UPO, BPO and ISS, via steady state and dynamic calculations and under strict material mass balances. Finally, the insights obtained from discrete particle settling model calculations were implemented in the development of a dynamic University of Cape Town primary sedimentation unit (UCTPSU) model. This dynamic model was rigorously verified to be internally consistent with regards to material mass balances and utilised to simulate plantwide scenarios, under steady state conditions, whereby the impact of incorrect characterisation of TSS components (UPO, BPO and ISS) fractions was evaluated. From these evaluations, it was noted that the incorrect disaggregation of the TSS components of primary sludge can lead to incorrect predictions with regard to parameters such as the settled wastewater composition and the activated sludge system capacity. Thus, the investigation revealed the need to measure key wastewater parameters such as particle settling velocities and the UPO fraction, towards realistically modelling the primary sedimentation unit operations.
TRADUÇÃO LIVRE
Dentro de um contexto de instalação de recuperação de água e recursos em toda a planta, um requisito importante para um modelo de unidade de sedimentação primária é o fracionamento correto da porção sedimentável (lodo primário – PS) dos sólidos totais em suspensão (TSS) das águas residuais brutas de acordo com o (i) não biodegradável componentes orgânicos particulados (UPO), (ii) orgânicos particulados biodegradáveis (BPO) e (iii) sólidos sedimentáveis inorgânicos (ISS). Este artigo se concentra em melhorar um modelo atual de tanque de decantação primária (PST) baseado em TSS para levar em conta as proporções corretas desses três componentes, com grupos de velocidade de decantação caracterizados .
Os passos dados para o desenvolvimento do modelo da unidade primária de sedimentação envolveram o desenvolvimento de um modelo discreto de sedimentação de partículas no Microsoft Excel e a utilização de águas residuais municipais bem caracterizadas dados de estudos anteriores no modelo de sedimentação de partículas discretas, para reproduzir PS e saídas de águas residuais sedimentadas em frações de sedimentação de UPO, BPO e ISS, por meio de cálculos dinâmicos e de estado estacionário e sob rigorosos balanços de massa de material. Finalmente, os insights obtidos a partir dos cálculos do modelo de sedimentação de partículas discretas foram implementados no desenvolvimento de um modelo dinâmico de unidade de sedimentação primária da Universidade da Cidade do Cabo (UCTPSU). Este modelo dinâmico foi rigorosamente verificado para ser internamente consistente em relação aos balanços de massa de material e utilizado para simular cenários de toda a planta, sob condições de estado estacionário, por meio do qual o impacto da caracterização incorreta das frações dos componentes TSS (UPO, BPO e ISS) foi avaliado. A partir dessas avaliações, notou-se que a desagregação incorreta dos componentes TSS do primário. O lodo pode levar a previsões incorretas em relação a parâmetros como a composição do efluente sedimentado e a capacidade do sistema de lodo ativado. Assim, a investigação revelou a necessidade de medir os principais parâmetros de águas residuais, como velocidades de sedimentação de partículas e a fração UPO, para modelar realisticamente as operações da unidade de sedimentação primária.
Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of the International Water Association (IWA).