Natural a(enua+on, role of O 2 CTB3365x Introduc1on to water - PowerPoint PPT Presentation

Natural ¡a(enua+on, ¡role ¡of ¡O 2 ¡ CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡ Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡ ¡

This ¡lecture ¡ ¡ • Oxygen ¡deple8on ¡ • Re-­‑aera8on ¡in ¡natural ¡water ¡bodies ¡

Sewage ¡discharge ¡& ¡re-­‑aera+on ¡ O 2 ¡ Oxygen ¡ ? ?

Dissolved ¡oxygen ¡ ¡ ¡ ¡ concentra+on ¡ • Air ¡oxygen ¡concentra8on ¡ • Air ¡pressure ¡ • Water ¡temperature ¡ • Oxygen ¡consump8on ¡rate ¡

Dissolved ¡oxygen ¡ ¡ ¡ ¡ concentra+on ¡ 15 ¡ O 2 ¡ Concentra1on ¡fresh ¡water ¡ 10 ¡ 5 ¡ 100% ¡ ¡ 80% ¡ 60% ¡ 40% ¡ 20% ¡ 0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡20 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡40 ¡ Air ¡oxygen ¡concentra8on ¡ Temperature ¡(°C) ¡ 100% ¡ ¡

The ¡oxygen ¡regime ¡in ¡surface ¡water ¡ Surface ¡re-­‑ ¡ aera8on ¡ Photosynthesis ¡ Oxygen ¡Consump8on ¡ Oxygen ¡ ¡ Level ¡ < ¡4-­‑5 ¡mg ¡O 2 /l ¡

Re-­‑aera+on ¡process ¡ dC/dt = O 2 transfer rate (mg/l.d) dC/dt = K 2 · (C s -C) = K 2 · D C s = O 2 saturation conc. (mg/l) C = actual O 2 conc. (mg/l) K 2 = mass transfer coefficient (d -1 ) r (re-aeration coeff.) t = time (d) D = O 2 deficit (mg/l) ¡ Oxygen saturation constant “C s ”

Re-­‑aera+on ¡process ¡ K 2 depends on: dC/dt = K 2 · (C s -C) = K 2 · D - temperature, - surface/ volume ratio - turbulence - flow velocity

Oxygen ¡Sag ¡Curve ¡ organic material + O 2  CO 2 + H 2 O pollutant discharge 50 ¡ 10 ¡ organic pollutant (mg l -1 ) 40 ¡ 8 ¡ Oxygen ¡(mg ¡l -­‑1 ) ¡ 6 ¡ 30 ¡ O 2 consumption Streeter-Phelps 4 ¡ 20 ¡ equation re-aeration 10 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ BOD = BOD U* e -K d t Water ¡travel ¡1me ¡(days) ¡

Oxygen ¡Sag ¡Curve ¡ Streeter-Phelps equation – diffusion kinetics k k t k t k t DO DO t ( ) d BOD [ e − e ] [ DO DO (0)] e − − − = − + − d r r S u S k k − r d k d BOD degradation rate (d -1 ) DO(0) dissolved O 2 at point of discharge (mg l -1 ) k r re-aeration rate (d -1 ) DO(t) dissolved O 2 after t water travel time (d) DO S dissolved O 2 oxygen at saturation (mg l -1 ) BOD u ultimate BOD (mg l -1 ) ¡ ¡ 12 ¡ 10 ¡ DOs 10 mg/l DO(t) mg/l ¡ ¡8 ¡ DO(0) 10 mg/l ¡ ¡6 ¡ Kd ¡ ¡ ¡0,6 /d ¡ ¡4 ¡ Kr 0,4 /d ¡ ¡2 ¡ BODu 15 mg/l ¡ ¡0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡20 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Impact ¡BOD, ¡bio-­‑ac+vity, ¡re-­‑aera+on ¡ k k t k t k t DO DO t ( ) d BOD [ e − e ] [ DO DO (0)] e − − − = − + − d r r S u S k k − r d 12 ¡ 12 ¡ 12 ¡ 10 ¡ 10 ¡ 10 ¡ 8 ¡ 8 ¡ 8 ¡ 6 ¡ 6 ¡ 6 ¡ 4 ¡ 4 ¡ 4 ¡ 2 ¡ 2 ¡ 2 ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡20 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡20 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡20 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ DOs 10 mg/l DOs 10 mg/l DOs 10 mg/l DO(t) mg/l DO(t) mg/l DO(t) mg/l DO(0) 10 mg/l DO(0) 10 mg/l DO(0) 10 mg/l Kd ¡ ¡ ¡0,6 /d Kd ¡ ¡ ¡0,6 /d Kd ¡ ¡ ¡0,2 /d Kr 0,4 /d Kr 0,15 /d Kr 0,4 /d BODu 15 mg/l BODu 15 mg/l BODu 15 mg/l

Engineered ¡mechanised ¡reactor ¡systems: ¡ • Enhanced ¡bioconversion ¡ ¡ • Enhanced ¡oxygen ¡transfer ¡ ¡ ¡

Land ¡based ¡(non-­‑mechanised) ¡“reactors” ¡ • Enhanced ¡bioconversion ¡ ¡ • Enhanced ¡oxygen ¡transfer ¡ ¡ ¡ Amman ¡-­‑ ¡Jordan: ¡200 ¡ha ¡

Symbiosis ¡between ¡algae ¡and ¡bacteria ¡

Symbiosis ¡between ¡algae ¡and ¡bacteria ¡

Symbiosis ¡between ¡algae ¡and ¡bacteria ¡

Waste ¡Stabilisa+on ¡Ponds: ¡Lay ¡out ¡ Anaerobic ¡Pond ¡ Faculta8ve ¡Pond ¡ Matura8on ¡Pond ¡ HRT ¡= ¡1-­‑5 ¡days ¡ HRT ¡= ¡5-­‑20 ¡days ¡ HRT ¡= ¡5-­‑20 ¡days ¡ HRT ¡= ¡5-­‑20 ¡days ¡ Drying ¡bed ¡ ¡ (generally ¡not ¡applied) ¡

Enhancing ¡oxygen ¡transfer ¡in ¡ponds ¡ • Mechanical ¡surface ¡aerators ¡

Natural ¡a(enua+on, ¡role ¡of ¡O 2 ¡ CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡ Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡ ¡