Feasibility of controlling nitrification in predenitrification plants using DO, pH and ORP sensors

Experimental studies were carried out on a bench-scale nitrogen removal system with a predenitrification configuration to gain insights into the spatial and temporal variations of DO, pH and ORP in such systems. It is demonstrated that these signals correlate strongly with the operational states of the system, and could therefore be used as system performance indicators. The DO concentration in the first aerobic zone, when receiving constant aeration, and the net pH change between the last and first aerobic zones display strong correlations with the influent ammonia concentration for the domestic wastewater used in this study. The pH profile along the aerobic zones gives good indication on the extent of nitrification. The experimental results also showed a good correlation between ORP values in the last aerobic zone and effluent ammonia and nitrate concentrations, provided that DO in this zone is controlled at a constant level. These results suggest that the DO, pH and ORP sensors could potentially be used as alternatives to the on-line nutrient sensors for the control of continuous systems. An idea of using a fuzzy inference system to make an integrated use of these signals for on-line aeration control is presented and demonstrated on the bench-scale system with promising results. The use of these sensors has to date only been demonstrated in intermittent systems, such as sequencing batch reactor systems.

SBR technology for wastewater treatment: suitable operational conditions for a nutrient removal

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients. El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius. L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació. El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat.

Mapping of indoor environments by robots using low-cost vision sensors

For robots to operate in human environments they must be able to make their own maps because it is unrealistic to expect a user to enter a map into the robot’s memory; existing floorplans are often incorrect; and human environments tend to change. Traditionally robots have used sonar, infra-red or laser range finders to perform the mapping task. Digital cameras have become very cheap in recent years and they have opened up new possibilities as a sensor for robot perception. Any robot that must interact with humans can reasonably be expected to have a camera for tasks such as face recognition, so it makes sense to also use the camera for navigation. Cameras have advantages over other sensors such as colour information (not available with any other sensor), better immunity to noise (compared to sonar), and not being restricted to operating in a plane (like laser range finders). However, there are disadvantages too, with the principal one being the effect of perspective. This research investigated ways to use a single colour camera as a range sensor to guide an autonomous robot and allow it to build a map of its environment, a process referred to as Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). An experimental system was built using a robot controlled via a wireless network connection. Using the on-board camera as the only sensor, the robot successfully explored and mapped indoor office environments. The quality of the resulting maps is comparable to those that have been reported in the literature for sonar or infra-red sensors. Although the maps are not as accurate as ones created with a laser range finder, the solution using a camera is significantly cheaper and is more appropriate for toys and early domestic robots.

Electron beam evaporation of tungsten oxide films for gas sensors

Pure and Iron incorporated nanostructured Tungsten Oxide (WO3) thin films were investigated for gas sensing applications using noise spectroscopy. The WO3 sensor was able to detect lower concentrations (1 ppm-10 ppm) of NH3, CO, CH4 and Acetaldehyde gases at higher operating temperatures between 100oC to 250oC. The response of the WO3 sensor to NH3, CH4 and Acetaldehyde at lower temperatures (50oC-100oC) was significant when the sensor was photo-activated using blue-light emitting diode (Blue-LED). The WO3 with Fe (WO3:Fe) was found to show some response to Acetaldehyde gas only at relatively higher operating temperature (250oC) and gas concentration of 10 ppm.

Thin film deposition and characterization of pure and iron-doped electron-beam evaporated tungsten oxide for gas sensors

Pure Tungsten Oxide (WO3) and Iron-doped (10 at%) Tungsten Oxide (WO3:Fe) nanostructured thin films were prepared using a dual crucible Electron Beam Evaporation techniques. The films were deposited at room temperature in high vacuum condition on glass substrate and post-heat treated at 300 oC for 1 hour. From the study of X-ray diffraction and Raman the characteristics of the as-deposited WO3 and WO3:Fe films indicated non-crystalline nature. The surface roughness of all the films showed in the order of 2.5 nm as observed using Atomic Force Microscopy (AFM). X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis revealed tungsten oxide films with stoichiometry close to WO3. The addition of Fe to WO3 produced a smaller particle size and lower porosity as observed using Transmission Electron Microscopy (TEM). A slight difference in optical band gap energies of 3.22 eV and 3.12 eV were found between the as-deposited WO3 and WO3:Fe films, respectively. However, the difference in the band gap energies of the annealed films were significantly higher having values of 3.12 eV and 2.61 eV for the WO3 and WO3:Fe films, respectively. The heat treated samples were investigated for gas sensing applications using noise spectroscopy and doping of Fe to WO3 reduced the sensitivity to certain gasses. Detailed study of the WO3 and WO3:Fe films gas sensing properties is the subject of another paper.