Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
On-site sanitation systems - An integrated assessment of treatment efficiency and sustainability
Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Arkitektur och vatten.ORCID-id: 0000-0002-6463-7284
2018 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)Alternativ titel
Små avloppsystem – En integrerad utvärdering av funktion och hållbarhet (Svenska)
Abstract [en]

Small on-site sanitation systems for wastewater collection and treatment are prevalent in suburban and rural areas in many countries. However, these systems often underperform, causing potential impact to the receiving waters and increasing the risks to public health, thus hindering the overall sustainability of the systems. Understanding the different sustainability dimensions and trade-offs between assessment indicators can support the planning of sustainable on-site sanitation systems for a specific context. The overall aim of this thesis was to evaluate the sustainability and function of on-site sanitation systems by defining a set of indicators to assess on-site sanitation options and estimating them for different scenarios, and by investigating the treatment efficiency of on-site facilities for domestic wastewater treatment in a field study. Particular attention was given to the removal of phosphorus (P) and indicator bacteria due to their relevance in terms of eutrophication risk and public-health concern.

In a multi-criteria approach, twelve indicators were defined to assess nine on-site sanitation systems. A reference group representing stakeholders’ views assigned weights to express the relative importance of each indicator. The reference group assigned the highest weights to the indicators robustness, risk of pathogen discharge and nutrient removal. Assessing the robustness proved to be challenging, as there is a gap between how the sanitation systems are expected to perform based on their design, and how they actually perform in practice, mainly due to incorrect construction, operation and maintenance. The discriminating power of the indicators was calculated using the entropy method, which showed that the indicators energy recovery and capital cost had little impact in the final ranking of the alternatives. A sustainability ranking was obtained by using the method ELECTRE III. A scenario analysis based on different settings of interest based on socio-economic and geographical factors was done to evaluate the changes in the ranking of alternatives. Overall, the greywater–blackwater separation system ranked the highest in the baseline scenario and when nutrient-related indicators were important (Scenario 2), together with the urine diversion system. The sand filter and drain field were the most sustainable options when nutrient removal and recycling was not important (Scenario 1), and (in combination with chemical P-removal) when the indicators related to energy and climate change had the highest weights (Scenario 3). In terms of P-removal, chemical removal outranked the alkaline P-filter.

In a field study, the effluent wastewater from twelve on-site wastewater treatment facilities with sand and alkaline P-filters was evaluated in terms of removal and discharge of organic content, total and dissolved phosphorus, and indicator bacteria (E. coli, total coliforms, intestinal enterococci and C.perfringens). The results showed that the investigated sand filters generally had low P-removal capacity and sometimes exceeded the criteria for excellent water quality set by the EU bathing water directive with regard to intestinal enterococci and E. coli. Only one sand filter of eight was confirmed to remove P according to the Swedish guidelines for areas with non-sensitive receiving waters with a tot-P effluent concentration below 3 mg L−1. This indicates that a downstream treatment step is needed to meet the guidelines regarding P discharge concentrations. Alkaline P-filters generally removed P efficiently. Despite high effluent pH, the collected data did not generally confirm a further reduction of the bacterial content of the wastewater in the P-filters, as had been previously hypothesized. However, effluent concentrations of indicator bacteria showed moderate positive correlations with effluent concentrations of P and organic matter, indicating the potential of the P-filters to serve as a polishing step also for bacteria.

Abstract [sv]

Små lokala avloppssystem för insamling och rening av avloppsvatten är vanligt förekommande i omvandlings- och landsbygdsområden i många länder. Dessa system fungerar ofta sämre än förväntat vilket kan leda till effekter på recipienter, ökad risk för folkhälsan och begränsa systemens hållbarhet. En djupare förståelse för hållbarhetsdimensioner och avvägningar mellan olika indikatorer kan stödja planering och implementering av hållbara lokala avloppsystem för specifika sammanhang. Det övergripande syftet med denna uppsats var att utvärdera hållbarhet och funktion av enskilda avloppssystem. Detta utfördes genom att först definiera en uppsättning indikatorer för bedömning av ett antal enskilda avloppsalternativ och sedan utvärdera dem för olika scenarier. Vidare var syftet att undersöka några systems prestanda för rening av hushållsavloppsvatten i en fältstudie. Särskilt fokus lades på reduktion av fosfor (P) och indikatorbakterier på grund av deras relevans i relation till övergödningsrisk och folkhälsoperspektiv.

I en multikriteriestudie definierades tolv indikatorer för att bedöma nio typer av enskilda avloppssystem. En referensgrupp som representerade olika intressenter viktade indikatorerna för att uttrycka den relativa betydelsen av varje indikator. Referensgruppen gav systemens robusthet, risk för utsläpp av patogener, och näringsreduktion störst vikt. Att bedöma robusthet var en utmaning i studien, eftersom det finns ett gap mellan hur systemen förväntas fungera, och hur de faktiskt fungerar i praktiken, mestadels på grund av felaktig konstruktion, drift och underhåll. Indikatorernas diskriminerande effekt räknades ut med entropimetoden, som visade att indikatorerna energiåtervinning och kapitalkostnad hade liten inverkan på alternativens slutgiltiga rangordning. En scenarioanalys genomfördes baserad på socioekonomiska och geografiska faktorer. En hållbarhetsrankning erhölls genom att använda ELECTRE III-metoden. Överlag rankades system som separerar gråvatten – svartvatten samt urinseparerande system högst i basfallsscenariot och när näringsrelaterade indikatorer var viktiga (scenario 2). Markbäddar och infiltrationsanläggningar var de mest hållbara alternativen när rening och återvinning av näringsämnen inte var viktigt (scenario 1) och (i kombination med kemisk P-rening) när indikatorer relaterade till energi och klimatförändringar viktades högst (scenario 3). När det gäller P-rening, gav system med kemisk rening ett bättre utfall än de med alkaliska P-filter.

I en fältstudie utvärderades tolv enskilda avloppsanläggningar med markbaserade system och alkaliska P-filter med avseende på rening och utsläpp av organiskt innehåll, totalt och löst P och indikatorbakterier (E.coli, totala koliformer, intestinala enterokocker och C.perfringens). Resultaten visade att de markbaserade systemen generellt hade låg P-reningskapacitet och ofta överskreds kriterierna för utmärkt vattenkvalitet enligt EUs badvattendirektiv avseende intestinala enterokocker och C. perfringens. Endast ett markbaserat system av åtta uppvisade en P-rening som låg under de svenska riktlinjerna för områden med normal skyddsnivå, med en utsläppskoncentration på under 3 mg L-1 tot-P. Detta indikerade att markbäddar behöver nedströms placerade reningssteg för att uppfylla nuvarande riktlinjer för utsläpp av P. Alkaliska P-filter avskilde generellt P effektivt. Trots högt pH-värde kunde ingen ytterligare minskning av bakterieinnehåll i avloppsvattnet från P-filtren påvisas statistiskt. Utsläppen av indikatorbakterier uppvisade emellertid måttliga positiva korrelationer med utsläpp av P och organiskt material, vilket visar på en viss potential att P-filtren kan fungera som ett ytterligare poleringssteg även för bakterier.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Luleå: Luleå University of Technology, 2018.
Serie
Licentiate thesis / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1757
Nyckelord [en]
small-scale, sand filter, phosphorus filter, package plant, blackwater, greywater, urine diversion, multi-criteria, composite sample
Nationell ämneskategori
Vattenteknik
Forskningsämne
VA-teknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-71120ISBN: 978-91-7790-256-0 (tryckt)ISBN: 978-91-7790-257-7 (digital)OAI: oai:DiVA.org:ltu-71120DiVA, id: diva2:1258227
Presentation
2018-12-19, F1031, Laboratorievägen 10, Luleå, 09:30 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2018-11-06 Skapad: 2018-10-24 Senast uppdaterad: 2018-12-28Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Assessing the sustainability of on-site sanitation systems using multi-criteria analysis
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Assessing the sustainability of on-site sanitation systems using multi-criteria analysis
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nyckelord
ELECTRE III, drain field, package plant, phosphorus removal, sand filter, small-scale, source separation
Nationell ämneskategori
Vattenteknik
Forskningsämne
VA-teknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:ltu:diva-71320 (URN)
Tillgänglig från: 2018-10-24 Skapad: 2018-10-24 Senast uppdaterad: 2018-10-24
2. Phosphorus reduction in filters for on-site wastewater treatment
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Phosphorus reduction in filters for on-site wastewater treatment
2018 (Engelska)Ingår i: Journal of Water Process Engineering, ISSN 2214-7144, Vol. 22, s. 210-217Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Discharges of phosphorus (P) from on-site wastewater treatment systems generally contribute to eutrophication problems in Swedish freshwaters and, ultimately, in the Baltic Sea. Such concerns have led to a growing interest in improving P removal in treatment facilities. This study investigated the reduction of P in 12 full-scale on-site treatment systems featuring sand filters and alkaline P-filters by sampling and analysing filter influents and effluents. The flow-proportional samples collected were analysed for total and dissolved P, BOD7, total and dissolved organic carbon (TOC and DOC), and pH. Seven of the eight investigated sand filters did not provide satisfactory total P reduction; the likely explanations are filter clogging and wastewater dilution by extraneous water. In addition, effluents from four of the eight sand filters had total P concentrations higher than 3 mg L−1, which is the Swedish effluent limit recommended for common receiving waters, indicating that a subsequent polishing step would be needed. Six of the nine investigated P-filters reduced P adequately, with total P concentrations in the effluent ranging between 0.1 and 1.9 mg L−1. The three underperforming P-filters had effluent pH values below 9; filter age, clogging, and hydraulic overload were identified as probable reasons for their poor performance. A statistically significant correlation was found between total-P reduction and filtrate pH, but no significant correlation was detected between organic load in the influent and P reduction by the P-filters. The P-filter media replacement frequency could not be established, but filtrate pH appeared to be a good estimator.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Elsevier, 2018
Nyckelord
Sand filters, Polonite, Small-scale, Septic system, Composite samples
Nationell ämneskategori
Naturresursteknik Vattenteknik
Forskningsämne
VA-teknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:ltu:diva-67812 (URN)10.1016/j.jwpe.2018.02.005 (DOI)000431414300025 ()2-s2.0-85042085908 (Scopus ID)
Anmärkning

Validerad;2018;Nivå 2;2018-05-17 (andbra)

Tillgänglig från: 2018-03-01 Skapad: 2018-03-01 Senast uppdaterad: 2019-09-13Bibliografiskt granskad
3. Discharge of indicator bacteria from on-site wastewater treatment systems
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Discharge of indicator bacteria from on-site wastewater treatment systems
2017 (Engelska)Ingår i: Desalination and Water Treatment, ISSN 1944-3994, E-ISSN 1944-3986, Vol. 91, s. 365-373Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Small-scale on-site wastewater treatment facilities present the risk of microbial pollution of groundwaterused for drinking water and surface water used for recreational purposes. This study assessedthe discharge of indicator bacteria, total coliform, Escherichia coli, intestinal enterococci and Clostridiumperfringens, by flow-proportional sampling from 12 full-scale on-site treatment systems featuringbiological treatment units (mainly sand filters) and alkaline filter beds for phosphorus treatment(P-filters). Correlations of effluent bacterial concentrations with pH, total and dissolved organic carbon,filter age and hydraulic load were evaluated. The bacterial concentrations in the effluents ofthe sand filters were considerable. The concentrations for excellent bathing water quality set in theEU bathing water directive, 200 and 500 colony forming units (cfu)/100 mL for intestinal enterococciand E. coli, respectively, were exceeded in three (intestinal enterococci) and one (E. coli) of the eightinvestigated sand filters. In one of the sand filters, effluent E. coli concentrations were high althoughno obvious malfunction of the filter was observed. In the effluent from the other investigated biologicaltreatment units (a trickling fibre filter, two units with attached growth treatment and one aeratedactivated sludge technique), bacterial concentrations were very high (75,000 cfu/100 mL of Clostridiumperfringens and 85,000 cfu per 100 mL of total coliform), possibly because of a shorter retention time ofthe wastewater in these facilities, missing aeration and little time between start-up and measurements.Three and four of the nine investigated P-filters exceeded excellent bathing water quality in coastalwaters as stipulated by the EU bathing water directive in respect of E. coli and intestinal enterococci,respectively.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Desalination Publications, 2017
Nyckelord
Sand filter, Alkaline filter, Polonite, Total organic carbon, pH
Nationell ämneskategori
Teknik och teknologier Vattenteknik
Forskningsämne
VA-teknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:ltu:diva-66875 (URN)10.5004/dwt.2017.21416 (DOI)000418406400047 ()2-s2.0-85037030072 (Scopus ID)
Konferens
13th IWA Specialized Conference on Small Water and Wastewater Systems (SWWS) together with the 5th IWA Specialized Conference on Resources-Oriented Sanitation (ROS), Athens, Greece, SEP 14-17, 2016
Anmärkning

Konferensartikel i tidskrift

Tillgänglig från: 2017-12-01 Skapad: 2017-12-01 Senast uppdaterad: 2019-09-12Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(3682 kB)109 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT02.pdfFilstorlek 3682 kBChecksumma SHA-512
82f72ccef3a6da5bd5eb4a00415a15363f9e5995681c56db42d30ca691d7756dc8374c85bf0fed5007335f6213e989b0813682fd87cf057f0f04fc9ceee8dfb9
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Personposter BETA

Vidal, Brenda

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Vidal, Brenda
Av organisationen
Arkitektur och vatten
Vattenteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 126 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 358 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf