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Achieving 5 mg/L TN with no New Tankage at Bucklin Point Bill McConnell NEWEA Annual Conference January 28, 2015

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Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at    Bucklin  Point  

Bill  McConnell  

NEWEA  Annual  Conference  January  28,  2015  

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PresentaFon  Outline  

•  Background  •  Nitrogen  Removal  Requirements  •  OperaFons  and  Performance  EvaluaFon  •  DescripFon  of  Improvements  •  QuesFons  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Background  

•  Bucklin  Point  WWTF  –  East  Providence,  RI  –  Owned  by  NarraganseR  Bay  Commission  –  Operated  by  United  Water  

•  Serves  –  Central  Falls  –  Cumberland  –  East  Providence  –  Lincoln    –  Pawtucket  

•  Combined  CollecFon  System  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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 History  –  Bucklin  Point  WWTF  

•  1952  –  Constructed  as  Primary  Plant  •  1973  –  Upgraded  to  Secondary  Treatment  

–  46  mgd  secondary  capacity  –  67  mgd  wet-­‐weather  capacity  

•  2006  –  Upgraded  to  nitrogen  removal  &  116  mgd  wet-­‐weather  capacity  

•  2014  –  Further  upgrade  for  improved  nitrogen  removal  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Design  Flows  

Influent  •  Average  Dry  Weather    23.7  mgd  •  Maximum  Month      31  mgd  •  Peak  Hour          116  mgd  •  Max  to  biological  treatment  46  mgd  •  Max  wet  weather  treatment  70  mgd      

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Bucklin  Point  WWTF  Prior  to  2006  Upgrade  

•  Preliminary  Treatment  –  Screens  –  Aerated  Grit  –  Pre-­‐aeraFon  –  Flows  in  excess  of  67  mgd  diverted  to  discharge  without  treatment  

•  Primary  Treatment  •  Secondary  Treatment  

–  AeraFon  –  Clarifiers  

•  DisinfecFon    

       

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Nitrogen  Removal  Design  (2006)  

•  Year-­‐round  nitrificaFon  •  DenitrificaFon  within  exisFng  tankage  

–  No  new  bioreactor  volume  or  clarifiers  required  •  Tanks  converted  to  MLE  •  First  cell  of  each  aeraFon  tank  converted  to  three  

cell  anoxic  –  First  two  cells  sized  for  selecFon  –  Third  cell  sized  for  nitrate  removal  –  Target  Effluent  TN  of  8  mg/L  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Modified  Ludzack-­‐Ehnger  Process  (MLE)  

Internal Recycle

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MLE  Process  Design  Criteria  

Design Flow (maximum month) 31 mgd

# of bioreactors 4

Total anoxic volume 2.4 MG

Total aerobic volume 9.7 MG

Design temperature (minimum month) 11 deg. C.

Design MLSS concentration 3,200 mg/L

Design aerobic SRT 8.7 d

Total internal recycle pumping capacity 64 mgd

Total recycle ratio (IR + RAS) 3.25

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Changing  Effluent  TN  Goals  

•  At  start  of  1997  FaciliFes  Plan  –  Ammonia  limits  only  

•  5.4  mg/L  June  through  October  •  15.8  mg/L  November  through  May  

•  Subsequent  to  approval  of  FaciliFes  Plan  –  RIDEM  indicated  N  removal  likely  

•  8  mg/l  TN  probable  •  5  mg/L  TN  being  considered  

•  During  construcFon  RIDEM  noFfied  NBC  –  5  mg/L  TN  monthly  average  May  –  Oct  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Permit  ModificaFon  

•  Permit  modificaFon  requiring  average  monthly  TN  limit  of  5  mg/L  from  May  through  October  

•  Required  engineering  analysis  of  upgraded  plant  performance  to  determine  if  average  monthly  limit  of  5  mg/L  was  aRainable  

•  If  not,  start  faciliFes  planning  process  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Effluent  TN  VariaFon  

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EvaluaFon  of  AlternaFves  

•  The  WWTF  could  not  meet  the  average  monthly  5  mg/L  TN  concentraFon  limit  in  the  MLE  configuraFon  

•  At  Bucklin  Point,  the  size  of  the  anoxic  zones  limited  the  ]performance  of  the  MLE  process,  such  that  increasing  the  IR  rate  will  not  improve  nitrogen  removal.    

•  Process  improvements  will  be  required  to  meet  the  average  monthly  5  mg/L  TN  limit  

•  ImplementaFon  of  4-­‐stage  process  was  recommended  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Conclusions  of  EvaluaFon  

•  The  following  alternaFves  were  evaluated:  –  4-­‐stage  process  –  IFAS  –  MBR  –  Biologically  acFve  filters  (BAFs)  

•  4-­‐stage  BNR  process  recommended:  –  ConsideraFon  of  seasonal  TN  limit  –  ImplementaFon  of  swing  zones  –  Compliance  with  no  new  tankage  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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4  Stage  BNR  Process  

Supplemental Carbon (if/when needed)

Internal Recycle

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MLE  and  4-­‐Stage  Process  Process  Design  Criteria  

Criterion MLE 4-stage

Design temperature (minimum month) 11 deg. C. 16 deg. C.

Design aerobic SRT 8.7 d 5.6 d

Pre-anoxic volume 2.4 MG 2.4 MG

Main aerobic volume 9.2 MG 5.8 MG

Post-anoxic volume --- 2.8 MG

Reaeration volume --- 0.6 MG

Supplemental carbon usage (available) no yes

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Process  Model:  MLE  configuraFon,  11  deg  C  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Process  Model:  MLE  configuraFon,  16  deg  C  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Process  Model:  4-­‐stage  configuraFon,  16  deg  C  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Process  Model:  4-­‐stage  configuraFon,  16  deg  C.,  100  gpd  of  supplemental  carbon  

Achieving  5  mg/L  TN  with  no  New  Tankage  at  Bucklin  Point  

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Bioreactors  

1.1                      0.5              1.5            2.0                                  DO  setpoint  (mg/L)  

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Bioreactors  

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Swing  Zone  Details  

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Internal  Recycle  

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Blower  Improvements  

•  2  new  300-­‐HP,  6000  icfm  turbo  blowers  

•  Replace  1  600-­‐HP,  12,000  icfm  blower  

•  Improved  turndown  and  DO  control  

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Carbon  Storage  and  Feed  System  

•  Glycerin-­‐based  supplemental  carbon  

•  Max  usage  270  gpd  

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Effluent  Total  Nitrogen  Results  

First  bioreactor  switched  to  4-­‐stage  on  8/1/2013  

All  bioreactors  operaFng  in  4-­‐stage  on  5/5/2014  

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QuesFons?  

Acknowledgements  Terry  Cote,  NBC  Tom  Ciolfi,  United  Water  Many  others  as  well  


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