Model-Based Strategies for Managing Extreme Weather-Related Emergencies at Wastewater Treatment Plants
Copyright (c) 2023 Bencsik Dániel
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Abstract
The reliable operation of wastewater treatment technologies is essential for environmental security. However, climate change poses challenges in the field of both design and operation. This paper proposes technical solutions for handling difficulties in biological treatment due to extreme rainwater flow, using a mathematical model adapted to Central European treatment plants. The results of modelling show that, to maintain stable effluent quality in case of repeated rainwater peaks, the internal recirculation flow rate shall be adjusted to provide sufficient denitrification. Storms with high frequency peak flows may cause sudden deterioration in enhanced biological
phosphorus removal, when effluent quality limit violations can be prevented using temporary dosage of metal salt subsequent to biological treatment. The simulations further emphasize that, regarding equipment selection, it is important to consider the need for an increase in the aeration capacity caused by hydraulic loading peaks.
Keywords:
References
A Csatornázási Művek tájékoztatása a Gyáli-patak szennyezéséről. Ittlakunk.hu, 2020. november 24. Online: https://23.kerulet.ittlakunk.hu/termeszet/201124/csatornazasi-muvek-tajekoztatasa-gyali-patak-szennyezeserol
Alex, Jens et al. (2008): Benchmark Simulation Model No. 1 (BSM1). In Report by the IWA Task Group on Benchmarking of Control Strategies for WWTPs. Lund: Lund University Department of Industrial Electrical Engineering and Automation. Online: https://www.iea.lth.se/publications/Reports/LTH-IEA-7229.pdf
Bába Barnabás – Karches Tamás (2021): Operation Improvement of Sequencing FED-batch Wastewater Treatment. Pollack Periodica, 16(2), 61–66. Online: https://doi.org/10.1556/606.2020.00302
Berger Ádám – Kátai-Urbán Lajos (2020): A veszélyes anyagok beszivárgásának betontechnológiai kockázatai, valamint a környezetre gyakorolt hatásuk. In Iparbiztonsági és Hatósági Szakmai Nap. Paks: Tolna Megyei Katasztrófavédelmi Igazgatóság, 28–38. Online: https://tolna.katasztrofavedelem.hu/application/uploads/documents/2020-04/70644.pdf
Budai Péter – Buzás Kálmán (2007): Highway Runoff Characterisation in Hungary. In Proceedings of the 11th International Conference on Diffuse Pollution (CD). Belo Horizonte: Federal University of Minas Gerais, PAP0076.
Chen, Guanghao et al. szerk. (2020): Biological Wastewater Treatment: Principles, Modeling and Design. IX. kötet. Aeration and Mixing. London: IWA Publishing. Online: https://doi.org/10.2166/9781789060362_0419
Domján Anita et al. (2019): Reakció idő számítása hidrológiai mérőhálózat alapján Pécsett. In Országos Települési Csapadékvíz-gazdálkodási Konferencia tanulmányai. Budapest: Dialóg Campus, 25–35. Online: https://vtk.uni-nke.hu/document/vtk-uni-nke-hu/Kézikönyv_csapadék.pdf
Földi László – Halász László (2013): Környezetmérnökök katasztrófavédelmi feladatai. Veszprém: Pannon Egyetem – Környezetmérnöki Intézet. Online: https://tudastar.mk.uni-pannon.hu/anyagok/33-Katasztrofa_v2.pdf
Földi László – Halász László (2014): Környezetbiztonság. Budapest: Nemzeti Közszolgálati Egyetem Hadtudományi és Honvédtisztképző Kar. Online: https://tudasportal.uni-nke.hu/xmlui/bitstream/handle/20.500.12944/100403/562.pdf?sequence=1
Földi László et al. szerk. (2015): A hadtudomány és a hadviselés komplexitása a XXI. században. Budapest: Nemzeti Közszolgálati Egyetem. Online: http://real.mtak.hu/31932/
Gazsó, Zita et al. (2017): Full-scale Wastewater Treatment Plant Simulation for Real-time Optimization. Water Practice and Technology, 12(4), 848–856. Online: https://doi.org/10.2166/wpt.2017.091
Halász László – Földi László (2007): Környezetvédelem II. Budapest: Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Katonai Műszaki Kar Vegyi- és Katasztrófavédelmi Intézet ABV Védelmi Tanszék.
Henze, Mogens et al. (1987): Activated Sludge Model No. 1. In Scientific and Technical Reports No. 1. London: International Association on Water Pollution Research and Control. Online: https://www.researchgate.net/publication/243624144_Activated_Sludge_Model_No_1
Karches Tamás (2018): Effect of Internal Recirculation on Reactor Models in Wastewater Treatment. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 228, 145–153. Online: https://doi.org/10.2495/WP180151
Karches Tamás et al. szerk. (2020): Kis kapacitású szennyvíztisztító létesítmények. Budapest: Ludovika Egyetemi Kiadó. Online: https://tudasportal.uni-nke.hu/xmlui/handle/20.500.12944/16097
Kósa Levente – Lukenics Jánosné – Verba Attila (1997): Vegyipari géptan II. Budapest: Műegyetemi Kiadó.
Li, Li-qing et al. (2007): First Flush of Storm Runoff Pollution from an Urban Catchment in China. Journal of Environmental Sciences, 19(3), 295–299. Online: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(07)60048-5
Ndeba-Nganongo, Lionnel A. N. et al. (2018): The Application of ADM/ASM Interface in Sumo Wide Plant Model. In 10th International Conference on Advances in Science, Engineering, Technology & Healthcare (ASETH-18). Cape Town: Eminent Association of Pioneers, 237–241. Online: https://doi.org/10.17758/EARES4.EAP1118257
Rieger, Leiv et al. (2012): Good Modelling Practice – Realizing the Full Benefits of Wastewater Treatment Modelling. Water21, 28–29. Online: https://www.researchgate.net/publication/231180872_Good_modelling_practice_-_Realizing_the_full_Benefits_of_wastewater_treatment_modelling
Schuchardt, A. et al. (2007): Evaluation of Oxygen Transfer Efficiency under Process Conditions Using the Dynamic Off-gas Method. Environmental Technology, 28(5), 479–489. Online: https://doi.org/10.1080/09593332808618812
Takács Imre – Patry, Gilles G. – Nolasco, Daniel A. (1991): A Dynamic Model of the Clarification-thickening Process. Water Research, 25(10),1263–1271. Online: https://doi.org/10.1016/0043-1354(91)90066-Y
Tardy Gábor Márk – Bakos Vince – Jobbágy Andrea (2012): Conditions and Technologies of Biological Wastewater Treatment in Hungary. Water Science and Technology, 65(9), 1676–1683. Online: https://doi.org/10.2166/wst.2012.062
U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) (1974): Emergency Planning for Municipal Wastewater Treatment Facilities. Lynchburg, VA, EPA-430/9-74-013
U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) (1989a): Summary Report: Fine Pore (Fine Bubble) Aeration Systems. Cincinnati, OH, EPA/625/8-85/010
U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) (1989b): Design Manual: Fine Pore Aeration Systems. Cincinnati, OH, EPA/625/1-89/023
Yuan, Zhiguo – Oehmen, Adrian – Ingildsen, Pernille (2002): Control of Nitrate Recirculation Flow in Predenitrification Systems. Water Science and Technology, 45(4–5), 29–36. Online: https://doi.org/10.2166/wst.2002.0544
Jogi források
/2007. (VII. 3.) KvVM rendelet a Vízügyi Biztonsági Szabályzat kiadásáról
/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet a vízszennyező anyagok kibocsátásaira vonatkozó határértékekről és alkalmazásuk egyes szabályairól
/2013. (XII. 30.) Korm. rendelet a létfontosságú vízgazdálkodási rendszerelemek és vízilétesítmények azonosításáról, kijelöléséről és védelméről
évi XXV. törvény a kémiai Biztonságról
évi CXIII. törvény a honvédelemről és a Magyar Honvédségről, valamint a különleges jogrendben bevezethető intézkedésekről