• Ei tuloksia

Assembling and testing of laboratory scale grey water treatment system

N/A
N/A
Info
Lataa
Protected

Academic year: 2022

Jaa "Assembling and testing of laboratory scale grey water treatment system"

Copied!
34
0
0

Kokoteksti

(1)

Degree Programme in Environmental Engineering  Vilhelmiina Harju 

                             

Final thesis   

     

Assembling and testing of laboratory scale grey water  treatment system

Supervisor    Senior Lecturer Eeva‐Liisa Viskari 

Commissioned by      Tampere University of Applied Sciences/OPI ENEMPI project  Tampere 08/2010 

 

(2)

 

Tampere University of Applied Sciences 

Degree Programme in Environmental Engineering   

  Vilhelmiina Harju 

  Assembling and testing of laboratory scale grey water treatment system    32pages + 1 appendix 

  August 2010  

  Supervisor: Senior Lecturer Eeva‐Liisa Viskari 

Commissioned by: Tampere University of Applied Sciences/OPI ENEMPI  project 

______________________________________________________________________ 

 

ABSTRACT    

Grey water management and reuse is slowly gaining importance in the management of  water resources. The benefits of well organized grey water management is that it  offers a tool for coping with water scarcity and reduces the amount of pollution to  enter the hydrological cycle.   Grey water management aims on using treated grey  water in applications which do not require drinking water quality. These non‐potable  reuse applications include industrial processes, irrigation, toilet flushing and laundry  washing depending on the technologies utilised in the treatment process. 

 

This thesis concentrates on building up a laboratory scale grey water treatment  system. The laboratory scale grey water treatment system was set up to the facilities  of Tampere University of Applied Sciences.  The aim of the thesis was to build the  system and to test the flow of water within the system.  Thus the thesis contains a  description of the whole process of setting up and testing the laboratory scale grey  water treatment system.  

           

______________________________________________________________________ 

Key words       grey water, recycling, reuse, sand filter,   waste water management 

     

(3)

   

Tampere University of Applied Sciences 

Degree Programme in Environmental Engineering   

  Vilhelmiina Harju 

Laboratoriomittakaavan harmaan veden käsittelyjärjestelmän  kokoonpano ja testaus 

  32 sivua + 1 liite 

  Elokuu 2010  

  Ohjaaja: Lehtori Eeva‐Liisa Viskari 

  Toimeksiantaja: Tampereen Ammattikorkeakoulu/ OPI ENEMPI‐projekti  ______________________________________________________________________ 

 

TIIVISTELMÄ   

Harmaan veden käsittely ja kierrätys ovat vaihtoehtoinen jäteveden käsittely  menetelmä joka on hiljattain herättänyt runsaasti kiinnostusta. Hyvin suunnitellun  harmaa vesien kierrätysjärjestelmän hyötyjä ovat esimerkiksi, että se tarjoaa keinon  selviytyä alueilla joissa on pulaa vedestä ja vähentää saasteiden pääsyä 

vedenkiertokulkuun. Harmaa veden käsittelyn tavoitteena on hyödyntää puhdistettua  vettä kohteissa, joissa ei tarvitse juomakelpoista vettä. Näihin vaihtoehtoihin kuuluu  esimerkiksi teolliset prosessit, keinokastelu, wc:n huuhtelu, pyykin pesu jne. riippuen  kierrätysjärjestelmässä käytetystä teknologista ja sen tasosta.  

 

Tämän lopputyö tarkoitus on kuvata ja dokumentoida laboratoriomittakaavan  käsittelyjärjestelmän  rakentamista. Harmaan veden kierrätysjärjestelmä koottiin  Tampereen Ammattikorkeakoulun tiloihin. Lopputyön tavoitteena oli rakentaa ja  testata harmaiden vesien käsittelyjärjestelmää ja kuvata prosessi.  

                 

______________________________________________________________________ 

 

Avainsanat       harmaa vesi, kierrätys, uudelleenkäyttö  hiekka suodation, jäteveden käsittely 

(4)

     

 

Foreword   

Writing the thesis has been challenging and interesting process. Issues related to water  have always interested me therefore I was happy to get a topic related to grey water  treatment. I want to give thanks for Eeva‐Liisa Viskari for offering me this thesis topic  and giving guidance during the thesis writing. I also want to thank the people working  in the laboratory during summer 2010. I really appreciate the assistance and 

suggestions I received for assembling and testing the grey water treatment system.  

Finally I would to thank my family for supporting me during my studies. Also special  thanks belong to my fellow environmental engineering students for the supportive  atmosphere and memorable moments during four years of studying together in TAMK. 

Tampere August 2010   

Vilhelmiina Harju 

       

     

(5)

 

Table of Contents   

1  Introduction ... 6 

2  Grey water management ... 7 

2.1  Principles of grey water management ... 7 

2.2  Definition of grey water ... 8 

2.3  Grey water treatment through sand filtration ... 9 

2.4  Reuse of grey water ... 10 

3  Characteristics of grey water treatment system ... 11 

3.1  Composition of grey water ... 11 

3.1.1  Quantity of grey water ... 11 

3.1.2  Quality of grey water ... 13 

3.2  Operational characteristics ... 14 

3.2.1  Components and materials of the system ... 14 

3.2.2  Hydraulic retention time and hydraulic loading rate ... 15 

4  Components of the grey water treament system ... 16 

4.1  Description of the vessels and operation principles ... 16 

4.2  The dimensions of the components ... 19 

4.3  Filter material ... 21 

5  Costs of the treatment system ... 23 

6  Assembly and testing of the treatment system ... 24 

7  Results ... 28 

8  Discussion and conclusion ... 29 

References ... 31 

Appendices ... 33 

Appendix 1: Tender for the treatment system ... 33   

(6)

   

1 Introduction 

Water is moves around in the hydrologic cycle continuously. The distribution of water  varies between locations. Some have plenty of it while others have very little. What is  common to all places is that water is vital for life. Our bodies need at least two litres of  water daily. We also need water for other purposes such as washing, cooking, 

cultivating etc. We have learned to utilize different states of water cycle to collect  water for our purposes, for example rainwater harvesting, ground and surface water  collection and springs. The water we utilize does not disappear. It is released to the  cycle as wastewater. Since water is a good solvent the wastewater can contain various  pollutants. Therefore it is essential to clean the water before discharging in order to  secure clean water for future.  

Grey water is slowly gaining importance in the management of water resources. The  benefits of well organized grey water management is that it offers a tool for coping  with water scarcity and reduces the amount of pollution to enter the hydrological  cycle.  Grey water is the wastewater from bath, laundry and kitchen. It excludes the  toilet wastewater. Grey water contains less contaminant than toilet wastewater which  makes it easier for recycling. Poor grey water management is usually linked to 

environmental degradation and serious health risks. But during recent years grey  water has been considered as a valuable resource rather than just waste.  

The aim of the thesis is to describe the process of building a laboratory scale grey  water treatment system. The thesis topic was suggested to me by Eeva‐Liisa Viskari. 

The topic is continuing the work of Shannon O’Neill. His thesis topic was “Planning of  laboratory scale grey water recycling system”. This work aims to implement the plan  and built the laboratory scale grey water treatment system using the suggestions  made by Shannon O’Neill in his thesis.  

The grey water treatment system will be placed to the green house of Tampere  University of Applied Sciences (TAMK) and its purpose is to demonstrate one type of  grey water treatment system. The purified water can be used to irrigate the plants  grown in the green house.  

(7)

   

2 Grey water management  

 

Water scarcity, poor water quality and water related disasters are three challenges  related to current and future water resources. In mitigating these challenges grey  water management can offer a viable solution. By reusing treated grey water the  pollution of freshwater resources can be reduced since the contaminants are removed  before discharge to water resources. This leads to the fact that also the quality of  water will be improved. (Morel & Diener 2006, 1).   

2.1 Principles of grey water management   

As with any source there are two principles related to economy of water use. Using  and wasting less combined with finding and making available alternative sources of  water. Grey water management can provide an alternative source of water 

(Sutherland 2008, 18). Grey water management aims on using treated grey water in  applications which do not require drinking water quality. These non‐potable reuse  applications include industrial processes, irrigation, toilet flushing and laundry washing  depending on the technologies utilised in the treatment process. (fbr 2007, 2) 

In areas where there is scarcity of water for instance arid, semi‐arid regions and highly  populated areas recycling and reuse of water is a viable mean to cope with the water  shortage. (Ahmad & EL‐Dessouky 2008, 973). Also in areas that are rich in water  resources water recycling is important, because it aims to sustainable living. It reduces  the amount of fresh water consumption and wastewater production and in addition  reduces the water bill (fbr 2007, 3).  Below in figure 1 there is an image of one type of  grey water recycling model to a private house.   

(8)

 

  Figure 1. Simple grey water recycling model for a private house (Flotender 2010)   

If grey water is discharge without any treatment or if reuse or recycling methods are  inappropriate the contaminants can cause harmful impact on human health, soil and  groundwater quality. Therefore appropriate grey water treatment before the 

discharge of wastewater could dramatically reduce water pollution. (Morel & Diener  2006, 5)  

2.2Definition of grey water    

Grey water can be defined as the wastewater generated from baths, showers, hand  basins, washing machines and dishwashers, laundries and kitchen sinks. This means  that the wastewater from toilets is excluded when considering the sources of 

wastewater of a household. The characteristics of the grey water depend on facts such  as the cultural habits, living standards, household demography type of household  chemicals used etc.  Grey water contains micro‐organisms, chemical contaminants  (e.g. nutrients and salts) and physical contaminants (e.g. dirt and sand). (Morel & 

Diener 2006, 5)    

   

(9)

 

2.3 Grey water treatment through sand filtration   

Grey water must be purified in order to be safe for reuse. One of the options is to run  the water through sand filtration.  Sand of filtration depends on biofilms. In the  filtration process, biological degradation of suspended and dissolved organic matter  takes place when grey water passes through the filter material which provides a  surface for bacterial growth. The bacteria fixed on the filter media breaks down the  suspended and dissolved organic matter in grey water. (Morel & Diener 2006, 28)   There are several factors effecting on the filtration. The treatment efficiency of the  sand filter depends on the media used, temperature, the characteristics of the  wastewater, hydraulic and organic loads.  The particle size has the biggest impact on  the treatment efficiency and also to reliability and durability of the system. The biggest  operational problem that might occur is clogging phenomena caused by excess biofilm  development and surface deposit.  (Rolland et al. 2009, 998‐999) 

The method used in this study is anaerobic filtration. The grey water flows though the  filter material from bottom to up. The method is also called up‐flow sand filtration or  sometimes also referred as slow filtration. In the process the grey water comes in  contact with the biomass of the filter and is subjected to anaerobic degradation. 

(Morel & Diener 2006, 28) 

As mentioned earlier on the surface of the filter material biofilm will be slowly formed. 

This is a good phenomenon because the layer will help in the purification process. 

When the treatment efficiency drops too low the filter layers must be cleaned from  the biofilm. In slow filtering it might not be necessary to clean the filters by 

backwashing with water. An alternative method is to clean only the surfaces of the  layers from the biofilm. When the filter layer is reduce 30 % new sand need to be  added. (Kujala‐Räty, Mattila & Santala 2008, 51‐52) 

   

(10)

 

2.4 Reuse of grey water   

There are several options for how to reuse or discharge treated grey water. One option  is to reuse grey water in agricultural industry for example irrigation. Also treated grey  water can be used in household for applications that do not require drinking water  quality, for example toilet flushing or washing laundry. In figure 2 below there is a flow  diagram which illustrates reuse of grey water in a private house.  Third option is to use  grey water can be industrial processes which also do not require the standard of purity  of drinking water. (fbr 2007, 2)    

  Figure 2. Average partial water flows (litres per inhabitant and day) for private 

households in new buildings and sanitary rehabilitated buildings (fbr 2005, 11)   

In case where reuse is not an option treated grey water can be discharge to nature. For  instance it can be discharge into surface water (river, lake, pond, sea). Another option  is infiltration. Grey water can be infiltrated into soil which creates possibility of 

groundwater recharge. The suitable option selected either reuse, discharge or  infiltration depends strongly on the local situation and possibilities (Morel & Diener  2006, 40). 

(11)

   

3 Characteristics of grey water treatment system 

 

The purpose of the grey water treatment systems is to collect, store and reduce the  organic and hygienic load of grey water to the standard of being safe for reuse (fbr  2005, 16).  Also there are some factors affecting on the choice of technology used in  the grey water treatment system. It depends on: 

• Planned site 

• Available space 

• User needs 

• Investment and maintenance costs  

There are several ways to treat grey water to the standard of being safe for reuse. 

Grey water treatment system can vary from simple, low‐cost devices that purify water  for applications such as toilet flushing or irrigation in garden, to highly complex and  more expensive systems that include sedimentation tanks, bioreactors and disinfection  units. (fbr 2007, 5). This thesis is aiming on the system that is simple and low‐cost. 

 

3.1 Composition of grey water   

3.1.1 Quantity of grey water   

Grey water makes about of 50‐80 % of wastewater generated by the households. If a  dry toilet is also used in the household, then grey water makes 100% of wastewater  generated. The largest share of grey water is produced by bathroom. Grey water  generated from kitchen and laundry has a smaller fraction. (fbr 2007, 1). In figure 3  there is an example of the percentages of wastewater produced by the sources.  

 

(12)

     

  Figure 3. Example of the percentages of wastewater produced by the different sources.  

(Lehr, Keeley & Lehr 2005, 16)   

The typical volume of grey water from a household varies from 90 to 120 l/p/d (litres  per day). The volume depends on factors such as lifestyle, living standards, customs  and habits, water installations and the degree of water abundances. The volume of  grey water in low income countries with water shortage and simple forms of water  supply can be as low as 20 to 30 l/p/d. (Fangyue et al. 2009, 3440) 

           

(13)

     

3.1.2 Quality of grey water   

As mentioned earlier grey water can be categorized by its source. These are kitchen,  bathroom and laundry. Each of these sources produces grey water with slightly  different composition. These compositions are collated in table 1. 

Table 1.  The composition of grey water originating from kitchen, bathroom and  laundry. (Morel & Diener 2006, 5)  

Kitchen  Kitchen grey water contains food residues, high amounts of  oil and fat, including dishwashing detergents. In addition, it  occasionally contains drain cleaners and bleach. Kitchen  greywater is high in nutrients and suspended solids. 

Dishwasher grey water may be very alkaline (due to  builders), show high suspended solids and salt  concentrations. 

Bathroom  Bathroom grey water is regarded as the least contaminated  grey water source within a household. It contains soaps,  shampoos, toothpaste, and other body care products. 

Bathroom grey water also contains shaving waste, skin,  hair, body‐fats, lint, and traces of urine and faeces. Grey  water originating from shower and bath may thus be  contaminated with pathogenic microorganisms. 

Laundry  Laundry grey water contains high concentrations of  chemicals from soap powders (such as sodium,  phosphorous, surfactants, and nitrogen) as well as  bleaches, suspended solids and possibly oils, paints,  solvents, and non‐biodegradable fibers from clothing. 

Laundry grey water can contain high amounts of pathogens  when nappies are washed. 

 

When grey water is just produced it does not usually have any unpleasant odour. 

When compared with black water, grey water has a comparatively higher temperature  and readily degradable pollutants. Thus, it needs to be immediately treated after  collection. If untreated grey water is stored for long periods, oxygen deficient  conditions will develop and scum will be formed which can float or sink in the  collection tank. Also studies indicate that bacterial population also increases with  longer storage time. (Lehr et al. 2005, 16) Typical grey water pollutant concentrations  from different sources are shown in table 2.   

(14)

   

Table 2. Average Pollutant Concentration in Gray Water Measured in a Residence Hall  (Lehr et al. 2005, 17) 

    Bath/

Shower 

Washbasin Washing Machine  Laundry and Dishwashing

BOD  (mg/L)  216 252 472  110

COD  (mg/L)  424 433 725 

Phosphate as P   (mg/L)  1.63 45.5 101 

Ammonia as N   (mg/L)  1.56 0.53 10.7 

Turbidity (NTU) 92 102 108 148

Total solids (mg/L) 631 558 658 538

pH     7.6 8.1 8.1  7.8

   

3.2 Operational characteristics   

3.2.1 Components and materials of the system    

There are several issues to take into considerations when choosing the components  and material. The requirements depend on the type on treatment system one wants to  build, but some of them are common for all types of treatment system. For instance,  the pipes and fittings of the device, which are in contact with the untreated grey  water, have to be designed is such way that there is no sharp edges or other forms  creating blockage. Hair is good example of causing operational problems if gets stuck  in the system due to sharp edges. Also all mechanical equipment (pumps, filters etc.)  have to be easily accessible and removable in case of repair, maintenance and cleaning  works. (fbr 2005, 17) 

(15)

 

Additional requirements for the pipes is that the they should be installed so that they  are straight without necks or depressions and with a gradient of at least 0,5 %. This will  prevent the clogging from grease (Ecosanres). 

The material selection has to be also functional. According to the study of Ahmed Jamil  et al. if the treated water is high in alkalinity stainless steel might increase the iron  content of the treated water. Thus it is better to use plastic in building the system to  avoid the risk of corrosion which leads to increase in iron content of the treated water.  

The choice of the sand is important factor to take into consideration as well.  The  choice has an impact on the water and oxygen transfer into the filter and the bio film  growth into the media. As a consequence the pollutant removal rate differs in 

depending on the composition of the filter material because of the medium  prosperities such as pore size and permeability. (L. Rolland et al 2009, 1000) 

 

3.2.2 Hydraulic retention time and hydraulic loading rate   

Hydraulic retention time (HRT) is expresses the amount of time water drop stay in the  biological reactor. The HRT can be calculated volume of the tank divided by the daily  flow. The HRT is important parameter because it defines the contact time between the  water that contains chemicals and solid particles with the biomass in which is 

composed of microorganisms utilizing substances in the water for growth. (Water  Environment Federation 2005, 117) Common HRT in up‐flow sand filters are 0,5 – 1,5  days. ( Morel & Diener 2006, 29) 

Another important parameter is hydraulic loading rate (HLR). HLR expresses the  amount of water applied to the process. The rate can be determined by the knowing  the volume of the system and the flow rate of the soluble compound. The maximum  hydraulic loading rate is suggested to be 2,8 m/d (volume per unit time). ( Morel & 

Diener 2006, 29) 

(16)

 

4 Components of the grey water treament system 

 

The components of the system were ordered from plastic product manufacturing  company in Tampere. The company was provided with the operational principles and a  list of needed components with dimensions. The filter material was bought from a  department store in Tampere. 

 

4.1 Description of the vessels and operation principles   

The main components of the grey water system are pump, two vessels placed on top  of each other, four smaller vessels, grate separator and catchment basin. Figure 4  illustrates the whole system. The flow of water starts from the vessels on the left side  and continues until the catchment basin the on the right. The four smaller containers  will be place in between. All components are connected with hoses. In the thesis of  Shannon O’Neill there is a more detailed description of the layout of the system. 

 

  Figure 4. The grey water treatment system 

(17)

   

Pump will be pumping water through a hose to header vessel. As seen in figure 5 the  inlet is the side of the header vessel. The flow of the water is illustrated with the  arrows.  At the bottom of the header vessel there is a hose that leads to the bottom of  the lower vessel. This hose transports untreated grey water to the lower vessel.  The  water goes under a grate separator and from there continues flow upwards to the top  of the lower vessel where there is an outlet connected to a hose.  

 

  Inlet

Outlet

Figure 5. The grey water treatment vessels   

(18)

 

The grate separator is located at the high of 5 cm from the bottom of the lower vessel. 

It is 10 mm thick and has holes of size of 3 mm with 6 mm distance from each other. 

The purpose of the grate separator is to keep the filter material up so that the water  can flow freely to the bottom and prevents possible blockages the bottom.  

 

  Figure 6. Grate separator 

 

The water filtrates slowly though the filter material which will place on top of the grate  separator to the top of the vessel. Layers of stones, grave and sand will be used. During  the penetration through the filter material the water gets purified.  

From the top it continues through a hose to smaller containers as can be seen in figure  7. There is a component to spread the water into two containers. This component has  one inlet and two outlets. The smaller containers can be attached with hoses to  another two smaller containers or to a catchment basin.  

The water coming out from the lower vessel is can be used for watering plants. The  four small containers can be used for planting plants that has the characteristics of  purifying water.  

(19)

    

  Figure 7. The smaller containers and catchment basin 

 

4.2 The dimensions of the components    

• The header vessel is 500 x 300 x 400 mm.  

There is a round inlet with diameter of   30 mm.  

• The lower vessel is a slightly higher.  

The dimensions are 500 x 300 x 600 mm.  

It has a round outlet with diameter of   30 mm.  

• The hose connecting the vessels is 570 mm       long leaving 30 mm space for water to flow         to the bottom of the lower vessel.  

The diameter of the hose is 400 mm.  

  Figure 8. Purification vessels

(20)

 

 

• At the high of 50 mm there is a grate   separator. The thickness of the   separator is 10 mm and it has holes   size of 3 mm at the distance of 6 mm.  

   

  Figure 9. Grate separator 

• The size of the small containers is   300 x 150 x 150 mm and they   have inlets and outlets to connect   the containers to each other.  

Their diameter is also 30 mm and   they are 30 mm up from the   bottoms of the containers.  

   

Figure 10. Smaller vessels 

• The catchment basin has dimensions   of 800x600x400mm and has two   inlets with diameter of 30 mm at the   height of 30 mm from the bottom   and an outlet with same diameter   (30 mm) near the top of the   container.  

           

Figure 11. Catchment basin 

(21)

   

4.3 Filter material   

Three different types of filter material were selected. Stones that have average size of  20‐40 mm, gravel average size of 8‐12 mm and fine sand average size of 0‐2mm. The  materials are presented in figure 12. 

 

  Figure 12. Filter material 

 

The stones size of 20‐40 mm was placed at the bottom layer to prevent material losses  and holes blockage. The height of layer for testing was set to be 8 cm. The second layer  was filled with gravel average size of 8‐12 mm until the layer had a high of 16 cm. A  layer of fine sand average size of 0‐2mm was poured 20 cm on the top.  

 

(22)

 

  Figure 13. The layers of filter material 

 

In between the layers a filter cloth was placed. The reason for this is that the filter  cloth prevents the filter materials from mixing and therefore the layers are easier  removed from the vessel. The testing at this stage is only done with tap water so the  filter cloth does not distort the testing. The layers can be seen in figure 13. 

Approximately a space of 10 cm was left on the top to maintain the water level and to  provide smooth flow of water out of the vessel. 

     

(23)

 

5 Costs of the treatment system 

 

The costs of the treatment system and the filter material are collated in table 3. 

Majority of the cost came from the parts treatment system and the pump. The parts of  the treatment system cost all together 788,12 €. The price contains the material used,  charge of the labour and taxes. Additional cost for the treatment system came from  the support bands of the vessel which caused together 73,80 €. The price of the pump  was 805,20 €. The table 3 shows only the total price of the system, but the breakdown  of costs of all the parts can be seen in appendix (1) attached in the end.   

The gravel and the sand where bought in a 25 kg sack and stones in sack of 20 kg. 

Gravel, sand and stones where bought two sacks of each which totals six sacks with a  price of 58,30 €.  

Table. 3. Cost of the treatment system 

Component  Price Summing up 

The parts of the treatment  system 

646€, +alv. 22%.

 

788,12 €  

Supporting bands  73,80 € 73,80 € 

The filter material   20 kg sack of stones (20‐40  mm)  á 9,95 € 

25 kg sack of gravel (8‐12  mm) á  9,75 € 

25 kg sack of sand (0‐2  mm)   á  9,45 € ?? 

2 × 9,95 € = 19,90 €          2 × 9,75 € = 19,50 €                 2 × 9,45 € = 18,90 €           Total = 58,30 

€ 

Pump  805,20 € 805,20 € 

               Total price 1725,42 € 

All in all the total price of the system was 1725,42 €. The purchase of purifying plants  for the small containers will later add some extra costs for the total price of the  treatment system. 

(24)

   

6 Assembly and testing of the treatment system 

 

Testing was done with tap water which was allowed to run through the whole system.  

The aim of the testing was to see that the treatment system is operating without any  difficulties when the water is pump into the system.  

Before starting to test all the components were installed. All the components were  combined with hoses. The smaller containers were place on stairs to be higher that the  catchment basins as can be seen in figure 14 in order to secure smooth flow.  

 

  Figure 14. Testing of the treatment system 

 

(25)

 

The lower vessel was filled with the filter material. First problem occurring while  combining the parts was with the tube connecting the two vessels. Since the tube was  attached to the bottom of the upper vessel it was impossible to fill the lower vessel,  because while filling there needs to be space left for the tube to go through the filter  material. Therefore an extra peace of tube needed to be placed on the lower vessel  while filling the filter material. After filling the lower vessel the tube attached to the  upper vessel was place inside the extra piece of tube.  

 

  Tube connected 

to upper vessel 

Extra tube

Figure 15. Adjustment of the tubes 

 

The second problem appeared when the filter material was placed on the lower vessel.  

The grate separator started to bend due to the weight of the filter material as shown in  figure 16. Therefore additional support needed to be added below the separator.  

 

  Figure 16. Adjustment of the grate separator   

(26)

 

When all the elements were in order the water was fed to the system. First the water  was fed through a hose connected with the tap in order to see if there were any  leakages.  While the containers where filling up they started to expand as can be seen  in figure 17. When observing them the containers seemed to last although the sides  were on curves. According to the manufacturer the material of the vessels will last  even though there sides expand, but to be on the safe side support was added on the  outer sides of the vessels (see figure 18). 

 

  Figure 17. Expansion of the lower vessel 

 

(27)

 

  Figure 18. Supporting band 

 

Few of the hoses needed to be tighten up, but otherwise the water was flowing 

smoothly through whole the system. The second testing was done with the pump. The  pump was set to flow rate of 85 ml/min. The water was flowing well through the  system. The flow rate was also measured from the outlet of the catchment basin and  the measurements show that the flow rate was approximately the same 85 ml/min.  

Although the stones, gravel and sand was quickly washed before setting them into the  vessel the water filtered had a strong brownish colour. 

           

(28)

 

7 Results 

 

The values for flow rate, HRT and HLR can be seen in table 4. When calculating the HRT  and HLR , using flow rate of 85 ml/min, the values are in the suitable. According to  Morel & Diener the HRT should be between 0,5 – 1,5 days and HLR should be less than  2,8 m/d. Therefore can be concluded that flow rate of 85 ml/min is suitable for the  treatment. The flow rate, HRT and HLR are only indicative and can be adjusted again  when the treatment system is filled with grey water.  

Table 4. Flow rate, HRT and HLR of the treatment system 

Flow rate  85 ml/min

Hydraulic retention time (HRT) 0,5 d Hydraulic loading rate (HLR) 0.8 m/d  

There were couple of errors in the system when assembling the treatment system. 

These errors are collated in table 5 together with the improvements done. After fixing  the errors the treatment system was functioning well. 

Table 5. Improvements made for the treatment system. 

Error  Cause and problems Improvement 

Tube attached to the upper  vessel 

Impossible to fill the lower  vessel with filter material,  because when filling the  vessel the tube should also  be attached the grate  separator. 

Addition of extra tube

Bending of grate separator  Too heavy load on top of it Addition of support Expansion of the vessels 

after filling with water 

The sides of the vessels  expanding 

Addition of support

   

(29)

 

8 Discussion and conclusion 

 

Although couple of problems occurred while combining the components together the  system functioned well when tested with the water flow. The problems were possible  to overcome therefore they did not cause any operational problems. These designing  errors were left unnoticed when planning the system. While sketching the system on  paper it can be difficult to master the whole system. When trying to make one part of  the system work there is a chance of forgetting the effect of it on other parts of the  system. Also unfamiliarity of material from which the parts were made had an effect  on the planning problems. 

During testing it was noticed that it could be useful to have extra outlets in the lower  container and in the catchment basin. These outlets should be placed on the sides near  to the bottom. They should have a stopper which could be easily opened and closed  when the water needs to be emptied. The location is shown in figure 19. The black  circle shows the location. This would make it easier to empty the containers for  instance when there is a blockage in the vessel or water in the vessel is overflowing. 

With the help of the stoppers the water could be let out fast. 

  Figure 19. Extra outlet to lower vessel 

The efficiency of the filter material was not able to be seen since the purpose of the  testing was only to see how the water flows through the system. But what can be 

(30)

 

commented about the filter material is that the water got filtrated without difficulties. 

When examined visually there were no visible blockages or compaction of sand. Also  when measuring the flow rate from the start and the end of the system it was 

constant. The flow rate of 85 ml/min gives also good values for the treatment system  in HRT and HLR. The HRT was 0,5 d and HLR 0.8 m/d. 

Since the sand created no blockage when water filtrated through it might be that the  stones are not necessary in the process. The space for filter material is rather small. 

Therefore using only two materials might yield better treatment efficiency. The filter  layers could be made out of the gravel and sand only. The first layer would be gravel,  then a layer of sand and on the top a layer of gravel again to prevent sand particles  moving with the water to the outlet. In order to see if it will work, testing with grey  water should be done.  

All in all the study can now proceed to testing the treatment system with grey water  and figuring out the best combination of the filter material.  

 

                         

(31)

 

References 

 

Ahmad Jamil & Hisham EL‐Dessouky. 2008. Design of a modified low cost treatment  system for the recycling and reuse of laundry waste water. Resources, Conservation  and Recycling 52. 973‐978 

 

Fangyue Li, Knut Whichmann & Ralf Otterpohl. 2009. Review of the technological  approaches for grey water treatment and reuses. Science of the Total Environment  407. 3439‐3449. 

 

Kujala‐Räty, Katriina, Harri Mattila & Erkki Santala.2008. Haja‐asutusaluiden  vesihuolto. Hämeenlinna. Hämeen Ammattikorkeakoulu.  

 

Lehr Jay, Jack Keeley & Janet Lehr. 2005. Water Encyclopedia. New Jersey John Wiley & 

Sons, Inc. 

 

Morel A.& Diener S. 2006. Greywater Management in Low and Middle‐Income  countries, Review of different treatment systems for households or neighbourhoods. 

Dübendorf, Switzerland. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology  (Eawag). Also available at: 

http://www.eawag.ch/organisation/abteilungen/sandec/schwerpunkte/ewm/projects /project_greywater 

 

O’Neill, Shannon. 2009. Planning of laboratory scale water recycling systems. 

Bachelor’s thesis. Tampere University of Applied Sciences. Department of  Environmental Engineering. Tampere. 

 

Rolland L, P. Molle, A Liénard, F. Bouteldja & A. Grasmick. 2009. Influence of the  physical and mechanical characteristics of sands on the hydraulic and biological  behaviours of sand filters. Desalination 248. 998‐1007. 

 

Water Environment Federation. 2005. Biological Nutrient Removal (BNR) Operation in  Wastewater Treatment Plants. McGraw‐Hill Professional Publishing.  

 

Sutherland, Ken. 2008. Wastewater filtration: Future for grey water recycling. Filtration  + Separation April 2008. 18‐21.  

           

(32)

 

Online references 

 

Ecosanres 2008. Introduction to Greywater Management. Referred to 14.4.2010  http://www.ecosanres.org/pdf_files/ESR‐factsheet‐08.pdf 

 

fbr. Association for Rainwater Harvesting and Water Utilisation. 2007. Grey water  recycling and reuse. Referred to 15.7.2010. 

http://www.fbr.de/fileadmin/user_upload/files/Englische_Seite/Greywater_Recycling _Introduction.pdf 

 

fbr. Association for Rainwater Harvesting and Water Utilisation. 2005. Information  Sheet H 201. Greywater Recycling. Referred to 15.7.2010. 

http://www.fbr.de/fileadmin/user_upload/files/Englische_Seite/H201_fbr‐

Information_Sheet_Greywater‐Recycling_neu.pdf   

Flotender. 2010. Fotender Grey water Recycling systems. Referred to 15.7.2010. 

http://www.flotender.com/pages/greywater‐recycling‐systems‐with‐drip‐irrigation   

 

All photos taken by Vilhelmiina Harju   

                         

(33)

   

Appendices  

Appendix 1: Tender for the treatment system   

TARJOUS

Tilaaja: 19.5.2010

Pirkanmaan Ammattikorkeakoulu Oy Eeva-Liisa Viskari

Kuntokatu 3 33520 Tampere Tuote:

Harmaiden vesien puhdistusjärjestelmän osat

Materiaalit ja mitat:

Kirkas 5mm akryyli, mitat kuvien mukaan.

Toimitus:

2-3 viikkoa tilauksesta, vapaasti varastossamme.

Maksuehdot:

21 pv netto

Viivästyskorko 11%

Hinta:

Ylempi astia 500x300x400mm, 40/30x570mm putkella joka liimattu kiinteästi astian pohjaan, 30mm sisääntuloaukko yläosassa

á 120€, + alv. 22%.

Alempi astia 500x300x600mm, 30mm ulostuloaukko yläosassa á 130€, + alv. 22%.

Reikälevy 10mm kirkas akryyli 489x289mm, 3mm reiät 6mm välein, reikiä yht. 1728kpl

á 80€, + alv. 22%.

PVC-letkua n. 30mm halkaisija 4 metriä á 7€, + alv. 22%.

(34)

 

Pienet astiat 300x150x150mm 4 kpl, sisään- ja ulostuloaukot á 37€, + alv. 22%.

Valuma-allas 800x600x400mm, sisään- ja ulostuloaukot á 140€, + alv. 22%.

Yht. 646€, +alv. 22%. 

 

Viittaukset

LIITTYVÄT TIEDOSTOT

nustekijänä laskentatoimessaan ja hinnoittelussaan vaihtoehtoisen kustannuksen hintaa (esim. päästöoikeuden myyntihinta markkinoilla), jolloin myös ilmaiseksi saatujen

Hä- tähinaukseen kykenevien alusten ja niiden sijoituspaikkojen selvittämi- seksi tulee keskustella myös Itäme- ren ympärysvaltioiden merenkulku- viranomaisten kanssa.. ■

Erityisen paljon tuotteiden vähäi- nen energiankulutus vaikuttaa lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien valintaan, mutta sillä on merkitystä myös sekä rakennusmateriaalien

Jos valaisimet sijoitetaan hihnan yläpuolelle, ne eivät yleensä valaise kuljettimen alustaa riittävästi, jolloin esimerkiksi karisteen poisto hankaloituu.. Hihnan

Vuonna 1996 oli ONTIKAan kirjautunut Jyväskylässä sekä Jyväskylän maalaiskunnassa yhteensä 40 rakennuspaloa, joihin oli osallistunut 151 palo- ja pelastustoimen operatii-

Jätevesien ja käytettyjen prosessikylpyjen sisältämä syanidi voidaan hapettaa kemikaa- lien lisäksi myös esimerkiksi otsonilla.. Otsoni on vahva hapetin (ks. taulukko 11),

Helppokäyttöisyys on laitteen ominai- suus. Mikään todellinen ominaisuus ei synny tuotteeseen itsestään, vaan se pitää suunnitella ja testata. Käytännön projektityössä

Tornin värähtelyt ovat kasvaneet jäätyneessä tilanteessa sekä ominaistaajuudella että 1P- taajuudella erittäin voimakkaiksi 1P muutos aiheutunee roottorin massaepätasapainosta,