The EDWAVE
tool is a PC based package for imparting training on wastewater treatment technologies.
The system consists of four modules viz. Reference Library, Process Builder, Case Study Manager, and
Treatment Adviser. The principles of casebased
design and casebased
reasoning as applied in the EDWAVE
Tool are utilised in this paper in evaluating the design approach of Blantyre wastewater treatment
plant in Malawi. The study established that a similar case to both the dry season and wet season
conditions of Blantyre wastewater treatment works has similarities to Municipal Case 6 in Greece (2003),
with a flow rate of 6,600m 3 /day. Biochemical Oxygen Demand (BOD5) and Total Suspended Solids (TSS)
removal efficiency in the dry season was 87% and 11%,
respectively, and 12% and 11%, respectively, in
the wet season at the Blantyre plant. BOD5 and TSS removal efficiencies at Municipal Case 6 in Greece
was 95% and 95.5%, respectively. The study confirmed the practical use of the EDWAVE
Tool in the
design of wastewater treatment systems. The study also confirmed the importance of screening, grit
removal, aerobic biological treatment, and sedimentation in wastewater treatment processes

A. Kraslawski (7218317)

Victor Chipofya (7218314)

Y. Avramenko (7218320)

English

Loughborough University Institutional Repository

CHIPOFYA, KRASLAWSKI & AVRAMENKO 34th WEDC International Conference, Addis Ababa, Ethiopia, 2009 WATER, SANITATION AND HYGIENE: SUSTAINABLE DEVELOPMENT AND MULTISECTORAL APPROACHES Design approach of Blantyre Wastewater Treatment Plant using the ED­WAVE Tool, Malawi V. Chipofya, A. Kraslawski & Y. Avramenko, Malawi REVIEWED PAPER 321 The ED­WAVE tool is a PC based package for imparting training on wastewater treatment technologies. The system consists of four modules viz. Reference Library, Process Builder, Case Study Manager, and Treatment Adviser. The principles of case­based design and case­based reasoning as applied in the ED­ WAVE Tool are utilised in this paper in evaluating the design approach of Blantyre wastewater treatment plant  in  Malawi.  The  study  established  that  a  similar  case  to  both  the  dry  season  and  wet  season conditions of Blantyre wastewater treatment works has similarities to Municipal Case 6 in Greece (2003), with a flow rate of 6,600m 3 /day. Biochemical Oxygen Demand (BOD5) and Total Suspended Solids (TSS) removal efficiency in the dry season was 87% and ­11%, respectively, and 12% and 11%, respectively, in the wet season at the Blantyre plant. BOD5 and TSS removal efficiencies at Municipal Case 6 in Greece was 95% and 95.5%, respectively. The study confirmed the practical use of the ED­WAVE Tool  in  the design  of  wastewater  treatment  systems.  The  study  also  confirmed  the  importance  of  screening,  grit removal, aerobic biological treatment, and sedimentation in wastewater treatment processes. Introduction Wastewater needs to be duly treated in order to minimize its negative effects on people, animals, birds, and aquatic biota. Polluted water is unsuitable for drinking, recreation, agriculture, and industry. It diminishes the aesthetic quality of surface water sources (Kuyeli, 2007). In order to reduce the undesirable effects of wastewater,  it  is  necessary  to  treat  it  to  meet  the  consent  requirements  of  effluent  quality  set  by  the environmental regulatory agency (Banda, 2007). Wastewater treatment is the engineering process that employs physical, biological, and chemical processes to reduce the concentration of pollutants  found in wastewater  to a harmless or near­harmless level in  the effluent (Banda, 2007). Case­based design and Case­based reasoning Case­based design and case­based reasoning are some of the commonly used mechanisms of approximate reasoning  in  intelligent  systems  and  decision  support  systems.  These mechanisms  offer  a  powerful  and general environment in which is generalized a basis of already accumulated experience being represented in the form of a finite and relatively small collection of cases. Those cases constitute the essence of the existing domain  knowledge. When  encountering  a  new  situation,  already  collected  decision  scenarios  (cases)  are invoked and eventually modified to arrive at a particular design alternative. This paper evaluates a design approach of Blantyre wastewater treatment plant using the ED­WAVE Tool in which the principles of case­based design and case­based reasoning are embedded (Althoff, et.al., 1995; and Avramenko and Kraslawski, 2008).CHIPOFYA, KRASLAWSKI & AVRAMENKO Methodology Data collection Data was  collected  through  a  desktop  study  on  the  operational  data maintained  for  Blantyre wastewater treatment plant, Malawi, and through personal communication with the Pollution Control Officer, Blantyre City Assembly.  Separate  data was  collected  for  the  dry  season and  the wet  season  (i.e.  the  two  seasons prevalent in Malawi). For this one wastewater treatment plant, therefore, this gave a total of two cases for this study. The data was analysed using excel. The ED­WAVE tool The ED­WAVE tool was used for the conceptual design of Blantyre wastewater treatment works in the City of Blantyre. The Tool consists of virtual industrial and municipal environments created using an IT based tool using real­life applications. The ED­WAVE tool  is a  shareware PC based package  for  imparting  training  on wastewater  treatment technologies. The system consists of four modules viz. Reference Library (RL), Process Builder (PB), Case Study Manager (CM), and Treatment Adviser (TA). The RL module  gives a  comprehensive  overview of  each  technology  through  visuals  of  real  life  units accompanied by animations to explain the sequence of operation. This is supplemented by the theoretical description that, in turn, is illustrated by a worked out example and an excel spreadsheet model. The user can modify or select parameters in the spreadsheet to understand the effect on the unit performance. The CM consists of a collection of case studies obtained from municipal and industrial wastewater treatment plants from  both  Asia  and  Europe.  The  industrial  sectors  include  pulp  and  paper  mills,  alcohol  distilleries, tanneries, rubber and latex processing, textile and garment manufacturing and metal­finishing units. For a user specified wastewater stream, the TA generates a treatment sequence; alternatively the user can use  the PB  to  construct a  valid  treatment  sequence  (Balakrishnan,  et.al. 2005). The  tool  is  based  on  the principles  of  Case­Based Design  and Case­Based  Reasoning  as  applied  in  Process  Systems Engineering (Althoff, et.al., 1995; Avramenko and Kraslawski, 2008). Operational data for Blantyre Wastewater Treatment Plant Table 1 shows the data for influent and effluent characteristics of the Blantyre wastewater treatment plant in the City of Blantyre, Malawi. Table 1. Influent and effluent physicochemical characteristics of wastewater at the Blantyre wastewater plant, expressed in mg/l except for temperature and pH (Flow rate: 6,700 m 3 /d) Parameter/ Dry Season Cl ­  DO  BOD  COD  T  pH  Alkali nity TSS  EC  NO3 ­ Influent  34.8  0  440.0  1642.3  27  6.6  400  210  7  44.8 Effluent  33.4  1.2  58.0  691.03  27  7.3  610  233  9  153.0 Reduction Efficiency % 4  +  87  58  ­32  ­53  ­11  ­29  ­241 Wet Season Influent  36.9  1.4  510  691.1  25.8  6.7  400  29.0  4.5  84.47 Effluent  36.2  2.6  450  503.01  26.6  7.0  370  25.9  4.1  32.37 Reduction Efficiency % 2  +  12  27  ­3  ­5  8  11  9  62 Key: Cl ­ ­ Chloride; DO – Dissolved Oxygen; BOD – Biochemical Oxygen Demand; COD – Chemical Oxygen Demand; T – Temperature; TSS – Total Suspended Solids; EC – Electrical Conductivity; NO3 ­ – Nitrate; + for DO means level increased; Source: Kuyeli, 2007CHIPOFYA, KRASLAWSKI & AVRAMENKO Design approach for the treatment plant using the ED­WAVE Tool According to the Case Study Manager in the ED­WAVE tool, a similar case to both the dry season and wet season  conditions  of Blantyre wastewater  treatment works  is Municipal Case  6  in Greece  (2003), with a flow  rate  of  6,600m 3 /day. The  treatment  sequence  for  this  plant  and  the  comparative  sequencing  of  the treatment units at the Blantyre plant, dry and wet  season, and  the actual  sequencing of  treatment units at Blantyre works are illustrated in Table 2 below. Table 2. Comparative sequencing of treatment units Plant/ Step No. Municipal Case 6, Greece Suggested sequencing of dry season conditions by Treatment Advisor Suggested sequencing of wet season conditions by Treatment Advisor Actual sequencing for Blantyre plant 1  Screening  Grit Chamber  Grit Chamber  Screening 2  Grit Chamber  Neutralisation  Neutralisation  Grit Channels 3  Oxidation Ditch  Chemical Precipitation/ Sedimentation Chemical Precipitation/ Sedimentation Primary Sedimentation 4  Sedimentation  Activated Sludge Process  Activated Sludge Process Trickling Filters 5  Chlorination  Facultative Lagoon  Activated Carbon Adsorption Humus Tanks 6  ­  Activated Carbon Adsorption  Ion Exchange  Aeration Ponds Discussion and conclusion In  this  study,  the  Treatment  Adviser  in  the  ED­WAVE  Tool  gave  Municipal  Case  6  in  Greece  as  a wastewater treatment plant similar to Blantyre wastewater treatment plant. The plant in Greece has five unit treatment processes. Both the dry and wet season set up for Blantyre works has six unit treatment processes. The  actual  sequencing  for  Blantyre works  also  has  six  unit  treatment  processes.  One  of  the  similarities between Municipal Case 6 in Greece and the actual set up at Blantyre works is the provision for screening. The study established that the BOD5 and TSS removal efficiency in the dry season was 87% and ­11%, respectively. The study further established that the BOD5 and TSS removal efficiency in the wet season was 12% and 11%, respectively. The reason for the rise in the effluent TSS level in the dry season needs to be investigated. A critical analysis of the unit treatment processes at the plant in Greece, the proposed dry and wet season unit treatment processes and the actual set up at the Blantyre plant suggests that there are certain unit  treatment  processes  that  are  key  in  wastewater  treatment.  These  include  the  grit  removal  process. However,  the Blantyre plant  uses  constant  velocity  grit  chambers,  in which  longitudinal  flow velocity  is controlled  hydraulically.  These  are  simple  to  operate  and  maintain  because  they  do  not  require electrical/mechanical equipment. Two chambers are constructed in parallel. Grit is manually removed from one chamber whilst the other is still in use (Barnes, 1991). The ED­WAVE Tool mentions about mechanised grit  chambers  which  are  not  ideal  for  Blantyre  in  terms  of  initial  cost  and  the  skills  required  for  their operation and maintenance. The sedimentation process is also necessary for the removal of readily settleable matter from the wastewater. Through this process, a BOD5 reduction of 25­40%, and a TSS reduction of 50­ 70%  is  achieved  (Barnes,  1981; Metcalf  &  Eddy,  2003).  Finally  the  inclusion  of  an  aerobic  biological treatment  process  is  necessary  to  ensure  that  a  substantial  quantity  of  organic  matter  in  liquid  state  is oxidized prior to the effluent being discharged into public water courses where it would otherwise exert an oxygen demand. The Blantyre plant uses trickling filters for this process while Municipal Case 6 in Greece uses oxidation ditches. Trickling filters are a preferred technology for Blantyre because their initial cost is lower, and they do not require skilled labour for their operation and maintenance. The Municipal Case 6 in Greece, the dry and wet season plant set up from the ED­WAVE Tool, and the actual  plant  set  up  at  Blantyre works  all  have  the  key  unit  treatment  processes.  However,  the  similarityCHIPOFYA, KRASLAWSKI & AVRAMENKO between Municipal Case 6 in Greece, and the actual set up of the Blantyre works confirms the practical use of the ED­WAVE Tool in the design of wastewater treatment systems. Acknowledgements The authors would like to thank the CIMO­NSS programme in Finland for the financial support which made it possible for this study to be carried out. References Althoff, K., Auriol, E., Barietta, R., Manago, M. (1995) A Review of Industrial Case­Based Reasoning Tools. A1 Perspectives, Oxford. Avramenko, Y., Kraslawski, A. (2008) Case­Based Design, Springer: Berlin. Balakrishnan, M. Batra, V.S., Panagiota, P., Diamadopoulos, E., Paraskeva, P., Kraslawski, A., Avramenko, Y., Guiterrez, D., Ratnayake,N., Gunawarrdana, W.B., Siripathyi S., Mungcharoen, T. (2005) ED­WAVE Tool: Wastewater Treatment Technologies, Asia Link, EuropeAid, Geneva. Banda, C.G. (2007) Computational Fluid Dynamics Modeling of Baffle Waste Stabilisation Ponds, PhD Thesis, Civil Engineering, University of Leeds, UK, Leeds. Barnes, D., (1981) Water and Wastewater Engineering Systems, Pitman, London. Kuyeli, S.M. (2007) Assessment of Industrial Effluents and their Impact on Water Quality in Streams of Blantyre City, Malawi. MSc Thesis, Faculty of Science, University of Malawi, Zomba. Kuyeli, S.M., Pollution Control Officer, Blantyre City Assembly, Malawi, Personal Communication. Metcalf and Eddy (2003) Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse. McGrawhill International: New York, 4 th Edition. Keywords Aerobic biological treatment, oxygen demand, screening, unit treatment process, wastewater treatment Contact details Victor Chipofya University of Malawi – The Polytechnic Private Bag 303, Blantyre 3, MALAWI Tel: +265 8 878055 Fax: +265 1 870578 Email: vchipfya@poly.ac.mw www.poly.ac.mw/washted Andrzej Kraslawski Lappeenranta University of Technology P.O. Box 20, FI­53851, Lappeenranta, FINLAND Tel: +358 5 621 2139 Fax: +358 5 621 2199 Email: andrzej.kraslawski@lut.fi www.lut.fi/~kraslaws/

Design approach of the Blantyre wastewater treatment plant using the Ed-Wave tool, Malawi

https://repository.lboro.ac.uk/articles/Design_approach_of_the_Blantyre_wastewater_treatment_plant_using_the_Ed-Wave_tool_Malawi/9585857/files/17224538.pdf

Design approach of the Blantyre wastewater treatment plant using the Ed-Wave tool, Malawi

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Loughborough University Institutional Repository