water treatment design

8/12/2019 Water Treatment Design

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W A T E R T R E A T M E N T D E S I G N

Final Report



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 2

T ab le o f Con t en t sE x e c u t i v e S u m m a r y 3

I n f l u e n t Q u a l i t y 4

F a c i l i t y D e s c r i p t i o n 4

P r o c e s s F l o w D i a g r a m 1 1

W a t e r Q u a l i t y T a b l e 1 2 C a p i t a l C o s t E s t i m a t e 1 3

O p e r a t i o n s & M a i n t e n a n c e E s t i m a t e 1 5

C o n c l u s i o n 1 7

R e s o u r c e s 1 8

A p p e n d i x 2 0




Executive SummaryT h i s r e p o r t d i s c u s s e s i n d e t a i l a n d i n c l u d e s a l l p e r t i n e n t d e s i g n

i n f o r m a t i o n , c a l c u l a t i o n s , a s s u m p t i o n s , a n d d i a g r a m s u s e d t o d e t e r m i n e t h e

p r o p o s e d g r o u n d w a t e r t r e a t m e n t f a c i l i t y f o r a s m a l l , c o a s t a l p o p u l a t i o n i n

C a l i f o r n i a t o r e p l a c e S t a t e P r o j e c t W a t e r s u p p l y s o u r c e s . A d d i t i o n a l l y a

g e n e r a l c a p i t a l c o s t a n d c l a s s 5 o p e r a t i o n s a n d m a n a g e m e n t e s t i m a t i o n i s

p r o v i d e d i n t h e r e p o r t . F r o m a n a n a l y s i s c o n d u c t e d o n t h e g r o u n d w a t e r , i t

i s e v i d e n t t h a t t h e r e i s e n o u g h w a t e r t o m e e t t h e d e m a n d w i t h o u t a n ye x p e c t e d a q u i f e r i s s u e s . B a s e d o n t h e d a t a c o l l e c t e d f r o m t h e s t u d y t h e

t r e a t m e n t p r o c e s s p r o p o s e d c o n s i s t s o f a n o x i d a t i o n t a n k , g r e e n s a n d f i l t e r ,

m i c r o f i l t r a t i o n , r e v e r e o s m o s i s , i o n e x c h a n g e , a d v a n c e d o x i d a t i o n p r o c e s s

r e a c t o r , c h l o r i n a t i o n , a n d l a s t l y a c l e a r w e l l f o l l o w e d b y d i s t r i b u t i o n . T h e

w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m w a s d e s i g n e d a r o u n d v a r i o u s s t a n d a r d w a t e r d e s i g n

p a r a m e t e r s w h i l e t a k i n g i n t o c o n s i d e r a t i o n r i s k a n d c o s t f a c t o r s .

T h e r e p o r t i n c l u d e s a d e t a i l e d s u m m a r y o f t h e f o l l o w i n g c o m p o n e n t s :

¥ G r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a a n d d r i n k i n g w a t e r s t a n d a r d s t o b e m e t

¥ D e s c r i p t i o n o f t h e p r o p o s e d f a c i l i t y , i n c l u d i n g s i z i n g o f t h e e q u i p m e n t

a n d f l o w r a t e o f t h e m a i n s t r e a m s a n d w a s t e s t r e a m s

¥ G e n e r a l p l a n t s i z i n g a n d a c r e a g e

¥ P r o c e s s f l o w d i a g r a m o f t h e t r e a t m e n t f a c i l i t y

¥ W a t e r q u a l i t y t a b l e i l l u s t r a t i n g t h e c o n c e n t r a t i o n c h a n g e s o f t h e

t a r g e t e d c o n s t i t u e n t s a s i t c i r c u l a t e s t h r o u g h t h e t r e a t m e n t p r o c e s s e s

¥ C a p i t a l c o s t e s t i m a t e

¥ C l a s s 5 o p e r a t i o n s a n d m a i n t e n a n c e e s t i m a t e

O u r p r o j e c t a n d r e p o r t g o e s i n t o f u r t h e r d e t a i l o f a l l a s p e c t s a n d

c o m p o n e n t s p r e v i o u s l y d i s c u s s e d . T h e d e s i g n p a r a m e t e r s , c a l c u l a t i o n s , a n ds u g g e s t i o n s w e p r e s e n t r e f l e c t t h e a n a l y s i s w e c o n d u c t e d t o c r e a t e a n

e f f i c i e n t a n d d e p e n d a b l e w a t e r t r e a t m e n t f a c i l i t y t h a t m e e t s d r i n k i n g w a t e r

q u a l i t y s t a n d a r d s .




Influent QualityT a b l e 1 . G r o u n d w a t e r a q u i f e r d a t a a n d s t a n d a r d s

Q u a l i t y C u r r e n t I n f l u e n t

C a l i f o r n i a D r i n k i n g

W a t e r S t a n d a r d s

T u r b i d i t y 1 Ð 5 N T U -

T o t a l O r g a n i c C a r b o n

( T O C )> 1 . 5 m g / L -

T o t a l D i s s o l v e d S o l i d s

( T D S )1 2 0 0 m g / L 5 0 0 m g / L

N i t r a t e C o n c e n t r a t i o n 3 5 m g / L 1 0 m g / L

S o l u b l e M a n g a n e s e

C o n c e n t r a t i o n0 . 8 m g / L 0 . 0 5 m g / L

I r o n C o n c e n t r a t i o n 2 m g / L 0 . 3 m g / L

H e x a v a l e n t C h r o m i u m

C o n c e n t r a t i o n0 . 2 m g / L 0 . 1 m g / L

1 , 4 - D i o x a n e

C o n c e n t r a t i o n1 0 p p b 1 ! g / L

p H 7 . 5 Ð 7 . 8 6 . 5 Ð 8 . 5

A l k a l i n i t y 6 0 Ð 8 0 m g / L a s C a C O 3 -

Facil ity DescriptionO x i d a t i o n T a n k

T h e r a w g r o u n d w a t e r f i r s t g o e s i n t o t h e o x i d a t i o n t a n k . T h e m a i n

p u r p o s e o f t h i s t a n k i s t o r e m o v e i r o n a n d m a n g a n e s e f r o m t h e g r o u n d w a t e r .

T h i s i s a c c o m p l i s h e d b y a d d i n g p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e , K M n O 4 , w h i c h

o x i d i z e s F e 2 + a n d M n 2 + t o t h e i r l e s s s o l u b l e f o r m s F e 3 + a n d M n 4 + t h a t

p r e c i p i t a t e o u t o f t h e w a t e r . T h e K M n O 4 i s i n j e c t e d t o t h e t a n k t h r o u g h a

c h e m i c a l f e e d , a n d t h e n t h e w a t e r i s i n t h e t a n k f o r f i f t e e n m i n u t e s .T h e r e a c t i o n s a r e a s f o l l o w s :

I r o n : F e 2 + + K M n O 4 + 7 H 2 O ! 3 F e ( O H ) ( S ) + M n O 2 ( S ) + K + + 5 H +

M a n g a n e s e : 3 M n 2 + + 2 K M n O 4 + 2 H 2 O ! 5 M n O 2 ( S ) + 2 K + + 4 H +

T a n k D i m e n s i o n s




I n - L i n e C o a g u l a n t

F e r r i c C h l o r i d e ( F e C l 3 ) i s i n j e c t e d i n t o t h e w a t e r a f t e r i t l e a v e s t h e

o x i d a t i o n t a n k . I t s e r v e s a s a n i n - l i n e c o a g u l a n t t o p r o d u c e f l o c s b e f o r e t h e

w a t e r g o e s t h r o u g h t h e f i l t e r . A l t h o u g h p o l y m e r s a r e t y p i c a l l y u s e d i n t h e

c o a g u l a t i o n / f l o c c u l a t i o n p r o c e s s t h e y a r e n o t n e c e s s a r y b e c a u s e t h e r e i s a

h i g h c o n c e n t r a t i o n o f n a t u r a l l y o c c u r r i n g a l k a l i n i t y i n t h e w a t e r d u e t o t h e

f e r r i c c h l o r i d e .

C h e m i c a l d o s a g e : 1 0 m g / L

C h e m i c a l f e e d r a t e : 1 5 0 . 1 l b / d a y

F l o w r a t e : 1 . 8 M G D

P r e s s u r i z e d G r e e n s a n d F i l t e r

O n c e t h e i n - l i n e c o a g u l a n t h a s b e e n a d d e d t o t h e w a t e r , i t t h e n g o e s

t h r o u g h a f i l t e r u n i t . I n t h i s c a s e a g r e e n s a n d f i l t e r , t h e R e s - K e m U n i - T e c h

M o d e l G F S 8 4 , w a s c h o s e n s i n c e i t r e m o v e s i r o n a n d m a n g a n e s e v e r y

e f f e c t i v e l y . T h e f i l t e r i s f i l l e d w i t h m e d i a m a d e f r o m m i n e d g l a u c o i t eg r e e n s a n d . T h r e e f i l t e r s a r e n e c e s s a r y t o m e e t t h e f l o w d e m a n d a n d a r e r u n

w i t h a n i n t e r m i t t e n t r e g e n e r a t i o n p r o c e s s . T h e b a c k w a s h p r o c e s s i s e l e t r o -

m e c h a n i c a l l y c o n t r o l l e d .

N u m b e r o f f i l t e r s : 3

S i n g l e f i l t e r c a p a c i t y : 5 7 7 g p m

S i n g l e T a n k D i m e n s i o n s

D i a m e t e r : 8 4 i n c h e sH e i g h t : 9 5 i n c h e s

I n l e t / o u t l e t p i p e : 6 i n c h e s

O p e r a t i n g p r e s s u r e : 1 0 0 p s i

T a n k m a t e r i a l : E p o x y l i n e d s t e e l

E f f e c t i v e m e d i a s i z e : 0 . 3 Ð 0 . 3 5 m m

M e d i a u n i f o r m i t y c o e f f i c i e n t : 1 . 6 0

F i l t r a t i o n c y c l e : 7 5 m i n u t e s

B a c k w a s h r a t e : 1 2 g p m / s q . f t

E l e c t r o - m e c h a n i c a l b a c k w a s h c o n t r o l l e r

R e c o v e r y : 1 0 0 %

I n f l u e n t f l o w r a t e : 1 2 5 0 g p m

E f f l u e n t f l o w r a t e : 1 2 5 0 g p m




F i g u r e 1 . R e s - K e m U n i - T e c h G r e e n s a n d F i l t e r M o d e l G F S 8 4

M i c r o f i l t r a t i o n

F o l l o w i n g t h e g r e e n s a n d f i l t e r s t h e w a t e r g o e s t h r o u g h m i c r o f i l t r a t i o n

a s a p r e t r e a t m e n t f o r R e v e r s e O s m o s i s . T h i s i s d o n e t o i n c r e a s e t h e

l i f e c y c l e o f t h e r e v e r s e o s m o s i s m e m b r a n e s a n d t o e n s u r e p r o c e s s e f f i c i e n c y .

I n o r d e r t o m e e t t h e f l o w c a p a c i t y o f t h e e n t i r e p l a n t , s e v e n o f t h e c h o s e n

S i e m e n s E F C - 1 0 8 0 0 u n i t s w i l l b e n e e d e d . T h e m i c r o f i l t r a t i o n p r o c e s s i se s p e c i a l l y i m p o r t a n t i n r e m o v i n g l a r g e r p a r t i c l e s a n d p r e v e n t f o u l i n g b e f o r e

t h e w a t e r c o n t i n u e s o n t o t h e r e v e r s e o s m o s i s t r e a t m e n t p o r t i o n .

N u m b e r o f M . F . u n i t s : 7

M . F . u n i t c a p a c i t y : 2 0 0 g p m

N u m b e r o f t u b e s p e r u n i t : 1 0

U n i t d i m e n s i o n s

H e i g h t : 1 1!!

!" f e e t

L e n g t h : 3 9!

!" f e e t

W i d t h : 2 5!

!" f e e t

M e m b r a n e p o r e s i z e : 1 !m

O p e r a t i n g p r e s s u r e : 1 0 p s i




F i g u r e 2 . S i e m e n s E F C - 1 0 8 0 0 M i c r o f i l t r a t i o n u n i t

R e v e r s e O s m o s i s

T h e w a t e r p a s s e s t h r o u g h a n t i s c a l a n t a n d h a s a c i d i n j e c t e d i n t o t h e

p i p e l i n e a f t e r t h e m i c r o f i l t r a t i o n p r o c e s s . B o t h a r e d o n e t o p r o t e c t t h e

f r a g i l e R . O . m e m b r a n e s . T h e w a t e r t h e n e n t e r s t h e r e v e r s e o s m o s i s

t r e a t m e n t u n i t . R e v e r s e o s m o s i s t r e a t m e n t i s n e c e s s a r y i n t h i s c a s e t or e m o v e t h e h i g h t h e T D S c o n t e n t i n t h e g r o u n d w a t e r . F o u r o f t h e u n i t

s e l e c t e d f o r t h i s f a c i l i t y , t h e K - 7 2 8 F M o d e l m a d e b y A p p l i e d M e m b r a n e s ,

a r e n e e d e d t o m e e t t h e d e m a n d s . O n c e t h e t r e a t m e n t p r o c e s s i s c o m p l e t e t h e

b r i n e i s d i s p o s e d i n t o a n o c e a n o u t f a l l a n d t h e r e m a i n i n g 7 5 % o f t h e w a t e r

c o n t i n u e s t o c y c l e t o t h e n e x t t r e a t m e n t u n i t . T h e p e r m e a t e h a s i t s p H

r e a d j u s t e d t o a p H b e t w e e n 6 . 5 Ð 7 . 5 u s i n g c a u s t i c , a n d i t s a l k a l i n i t y i s

r e c o v e r e d t o 6 0 m g / L .

A c i d D o s a g e : D e t e r m i n e d b a s e d o n t h e p H c h a n g e s f r o m o x i d a t i o n a n d

c o a g u l a t i o n t r e a t m e n t p r o c e s s e s

N u m b e r R . O . u n i t s : 4

R . O . u n i t c a p a c i t y : 3 2 5 g p m

U n i t d i m e n s i o n s




R e c o v e r y : 7 5 %

I n f l u e n t f l o w r a t e : 1 1 8 7 . 5 g p m

E f f l u e n t f l o w r a t e : 8 9 0 . 6 2 5 g p m

F i g u r e 3 . A p p l i e d M e m b r a n e s M o d e l K - 7 2 8 F

S t r o n g B a s e A n i o n ( S B A ) E x c h a n g e

T h e r e v e r s e o s m o s i s p e r m e a t e n e x t g o e s t h r o u g h a n i o n e x c h a n g e

p r o c e s s t o r e d u c e t h e a m o u n t o f n i t r a t e p r e s e n t i n t h e w a t e r . A s t r o n g b a s e

a n i o n w i l l b e u s e d i n t h i s c a s e t o a b s o r b t h e N i t r a t e . S i n c e t h e N i t r a t e i s

d i r e c t l y a b s o r b e d t o t h e r e s i n , t h e h a z a r d o u s b r i n e p r o d u c e d f r o m t h i s

t r e a t m e n t u n i t m u s t b e p r o p e r l y d i s p o s e d . T h e S i e m e n s I X - 1 5 0 I o n E x c h a n g e

u n i t w a s c h o s e n a n d s i x u n i t s a r e r e q u i r e d t o m e e t t h i s t r e a t m e n t f a c i l i t y Õ s

d e m a n d . T h e e x c h a n g e s w i l l u s e T y p e 1 S B A b e c a u s e o f i t s h i g h e r a f f i n i t y

f o r n i t r a t e i o n s .

N u m b e r o f I X u n i t s : 6

I X u n i t c a p a c i t y : 1 5 0 g p mU n i t d i m e n s i o n s :

L e n g t h : 1 1 4 i n c h e s

W i d t h : 6 6 i n c h e s

H e i g h t : 1 1 2 i n c h e s

N u m b e r o f c a t i o n / a n i o n t a n k s p e r u n i t : 2




F i g u r e 4 . S i e m e n s I X - 1 5 0 I o n E x c h a n g e u n i t

A d v a n c e d O x i d a t i o n P r o c e s s ( A O P )

A f t e r e x i t i n g t h e S B A t r e a t m e n t u n i t , h y d r o g e n p e r o x i d e i s i n j e c t e d

i n t o t h e w a t e r a n d t h e n g o e s t h r o u g h a n a d v a n c e d o x i d a t i o n p r o c e s s . T h e

A O P f o r t h i s p l a n t i s t o r e d u c e t h e c o n c e n t r a t i o n o f 1 , 4 - D i o x a n e t o m e e t t h e

d r i n k i n g s t a n d a r d s . H 2 O 2 / O 3 u n i t s a r e t h e m o s t e f f e c t i v e t y p e o f A O P s t o

r e m o v e 1 , 4 - D i o x a n e . T h e r e a c t i o n s o c c u r r i n g i n t h i s t r e a t m e n t u n i t a r e :

3 O 3 + O H - " 2 O H - + 4 O 2

2 O 3 + H 2 O 2 " 2 O H # + 3 O 2

H 2 O 2 d o s a g e : 8 m g / L

C h e m i c a l ( H 2 O 2 ) f e e d r a t e : 1 2 0 l b / d a y

H 2 O 2 / O 3 r a t i o : 0 . 5



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 0

C h l o r i n a t i o n

T h e l a s t m a j o r t r e a t m e n t c o m p o n e n t t h e w a t e r g o e s t h r o u g h i s t h e

c h l o r i n a t i o n p r o c e s s t h a t s e r v e s a s t h e p r i m a r y d i s i n f e c t i o n . C h l o r i n e g a s

w a s s e l e c t e d f o r t h i s w a t e r t r e a t m e n t p l a n t s i n c e i t i s t h e m o s t i n e x p e n s i v e

f o r m o f c h l o r i n e . A d d i t i o n a l l y , t h i s t y p e o f d i s i n f e c t i o n r e q u i r e s a s m a l l

s t o r a g e v o l u m e a n d f e e d s y s t e m , s i n c e t h e c h l o r i n e i s a l m o s t 1 0 0 % p u r e . T h e

c h l o r i n e i s w i t h d r a w n i n g a s f o r m a n d e j e c t e d t h r o u g h a m e c h a n i s m s i m i l a r

t o a V e n u r i . T h e c h l o r i n e e j e c t o r i s l o c a t e d i n t h e c h l o r i n a t o r r o o m .

T h e r e a c t i o n o c c u r r i n g i n t h e t a n k i s !!! ! ! !!! !" ! !!! ! !"#$ ! !! ! !!!.

N u m b e r o f c y l i n d e r s : 2 ( o n e f o r s t a n d b y )

C y l i n d e r s i z e : 1 5 0 l b , g a s w i t h d r a w a l o n l y w i t h o u t e v a p o r a t i o n

C h l o r i n e d o s e : 2 . 5 m g / L a v e r a g e

C h l o r i n e w i t h d r a w a l r a t e : 4 0 0 l b / d a y ( M a x i m u m )

C l e a r w e l l

F i n a l l y t h e w a t e r r e a c h e s t h e c l e a r w e l l b e f o r e i t i s s e n t o u t i n t h e

d i s t r i b u t i o n s y s t e m . H e r e t h e w a t e r i s c a r e f u l l y c h e c k e d t o m a k e s u r e i t

m e e t s a l l o f t h e d r i n k i n g w a t e r s t a n d a r d s a n d h a s c h l o r i n e i n j e c t e d i n t o i t

a s s e c o n d a r y d i s i n f e c t i o n . T h e c h l o r i n e c o n c e n t r a t i o n i s d e t e r m i n e d b y

a n a l y z i n g b r e a k p o i n t c h l o r i n a t i o n c u r v e s o f t h e r e s i d u a l c h l o r i n e .

N u m b e r o f t a n k s : 3T a n k v o l u m e : 9 0 , 0 0 0 g a l l o n s

C h l o r i n e f e e d r a t e : T o b e d e t e r m i n e d , t h e U S A E P A s e t c h l o r i n e

r e s i d u a l l i m i t s t o 4 m g / L , s o p r o d u c t n e e d s t o b e t e s t e d t o d e t e r m i n e

t h e c h l o r i n e f e e d



C E4 8 4

F i n al P r o j e c t

1 1

P r o c

e s sF l o w D

i a gr am

Tcy

IYQzkfcvkqp*MOpQ6+

HgEn5

Itggp UcpfHknvgt

Dcemycuj Ycvgt vq Ycuvg

Cekf

Cpvkuecncpv

Oketqhknvtcvkqp

Dcemycuj ycvgt vq Ycuvg

TgxgtugQuoquku

Qegcp qwvhcnn

TQ Dtkpg

Kqp Gzejcpig

TQ rgtogcvg

CQREjnqtkpcvkqp

Engctygnn Hkpkujgf ghhnwgpv hqt fkuvtkdwvkqp

En4

J4Q4



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 2

Water Quality TableT a b l e 2 . W a t e r C o n s t i t u e n t C o n c e n t r a t i o n s T h r o u g h o u t T r e a t m e n t P l a n t

C o n s t i t u e n t

T u

r b i d i t y

( N T U )

T D

S

( m g / L )

N O

3 -

( m g / L )

M n

2 +

( m g / L )

1 , 4

- D i o x a n e

( µ

g / L )

A l

k a l i n i t y

( m g / L

a s

C

a C O 3 )

p H

R a n g e

F e 2 +

( m g / L )

C r ( I V )

( m g / L )

I n f l u e n t 1 - 5 1 2 0 0 3 5 0 . 8 1 0 6 0 - 8 07 . 5

- 7 . 82 0 . 2

K M n O 4 D o s e

- - -1 . 9 2!" !"#!!!" !"!!

- - -

1 . 2 1!"

! !" !"!!!

!"

!!"

!!

&1 . 4 9 9

!"

! !" !"!!!

!"

!!"!!

-

A f t e r

K M n O 4

A d d e d

1 - 5 1 2 0 0 3 5 < 0 . 0 5 1 0 5 6 - 7 6 -< 0 . 3

0 . 2

F e C l 3 D o s e

1 0m g / L

- - - - 1 0m g / L

- - -

A f t e r

F e C l 3

A d d e d

0 . 6 - 31 2 0 0

3 5 < 0 . 0 5 1 04 6 . 8 -

6 6 . 8- < 0 . 3 0 . 2

M . F . a n d

R . O . ( %

R e m o v a l )

- 9 5 - 9 9 8 3 - 9 2 9 3 - 9 8 - 9 5 - 9 9 -9 8 . 8 -

9 9 . 7

9 5 -

9 9

A n t i -

s c a l a n t

a n d A c i d

< 0 . 0 3 6 0 9 . 4 5 < 0 . 0 5 1 0 0 5 . 5 < 0 . 3 0 . 0 1

p H a d j u s t -

m e n t< 0 . 0 3 6 0 9 . 4 5 < 0 . 0 5 1 0 6 0

7 -

7 . 5< 0 . 3 0 . 0 1



Capital Cost Estimate

T r e a t m e n t F a c i l i t y C a p a c i t y 1 . 8 M G D

F o r e s t i m a t i n g t h e c a p i t a l c o s t s o f t h e f a c i l i t y , t h e p l a n t i s b r o k e n

d o w n i n t o k e y c o m p o n e n t s a c c o r d i n g t o t h e p l a n t f l o w d i a g r a m d e s c r i b e d

a b o v e . F r o m a v a i l a b l e r e s o u r c e s , t h e c o s t e s t i m a t e o f e a c h c o m p o n e n t w a s

c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e c o s t e q u a t i o n s a n d t h e s p e c i f i c p a r a m e t e r s o f t h e

d e s i g n ( e q u a t i o n t a b l e i n A p p e n d i x ) . T h e s e p a r a m e t e r s i n c l u d e d p l a n t

c a p a c i t y , c h e m i c a l f e e d r a t e , a n d s y s t e m f l o w r a t e . T h e c o m p o n e n t c o s t -

p e r s o n a t i o n i s a l s o s h o w n i n t h e A p p e n d i x , d e t a i l i n g t h e v a r i o u s a s p e c t s o f

c o s t t a k e n i n t o a c c o u n t , i n c l u d i n g c o s t o f c o n c r e t e , h o u s i n g , p i p i n g a n d

l a b o r . T h e c o s t e s t i m a t e e q u a t i o n s u s e d i n t h i s r e p o r t a r e b a s e d o nh i s t o r i c a l c o s t s i n 2 0 0 9 . T h e r e f o r e , t h e f i n a l c o s t e s t i m a t e o f t h e f a c i l i t y

w a s a d j u s t e d t o s u i t t h e e c o n o m i c a l c h a n g e s s i n c e 2 0 0 9 .

R a w w a t e r p u m p i n g F a c i l i t i e s

U s i n g e q u a t i o n c . 1 , w e h a v e C C = 9 3 5 5 . 4 x + 6 0 2 9 5 , w h e r e x i s e q u a l

t o p l a n t c a p a c i t y . G i v e n f l o w r a t e o f t h e p l a n t i s 1 . 8 M G D , t h e c o n s t r u c t i o n

c o s t i s e s t i m a t e d t o b e $ 7 7 , 3 2 8 .

O x i d a t i o n T a n k

T h e p r o j e c t e d c o s t o f t h e o x i d a t i o n t a n k d e s i g n e d i s a p p r o x i m a t e l y

$ 5 0 0 , 0 0 0 w i t h r e f e r e n c e t o s t a n d a r d i n d u s t r i a l o x i d a t i o n t a n k , u s i n g a G

v a l u e o f 9 0 0 .

G r e e n s a n d F i l t e r

T h e t r e a t m e n t p l a n t r e q u i r e s t h r e e g r e e n s a n d f i l t e r s . T h e

a p p r o x i m a t e d c o s t o f e a c h f i l t e r i s $ 5 0 , 0 0 0 , s o t h e t o t a l c o s t f o r t h e f i l t e r i s

$ 1 5 0 , 0 0 0 .

F e r r i c C h l o r i d e F e e d S y s t e m

U s i n g e q u a t i o n c . 2 , i t Õ s o b t a i n e d t h a t C C = - 0 . 0 0 1 x ^ 2 + 1 7 7 . 9 2 x +

6 3 6 0 5 , w h e r e x = f e e d c a p a c i t y i n l b / h r . F o r x = 6 . 2 5 8 ; b / h r , t h e c o n s t r u c t i o n

c o s t i s e s t i m a t e d t o b e $ 1 , 1 1 3


U i i 3 C C 1 8 8 1 5 ^ 0 7 4 1 8 h i h l f l i



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 4

I o n E x c h a n g e

U s i n g e q u a t i o n c . 5 , C C = - 1 7 0 . 4 4 x ^ 2 + 2 8 3 7 3 2 x + 3 7 4 1 3 , w h e r e x i s t h e

p l a n t c a p a c i t y i n M G D . G i v e n x = 1 . 8 M G D t h e c o s t o f i o n e x c h a n g e

t r e a t m e n t e q u i p m e n t i s a b o u t $ 5 4 7 , 5 7 9 . 8 0

A O P

T h e r e a r e t w o c o m p o n e n t s i n t h i s p r o c e s s , w h i c h i s a n o z o n e

g e n e r a t i o n s y s t e m a n d o z o n e c o n t a c t c h a m b e r s . F o r t h e O z o n e G e n e r a t i o n

S y s t e m , u s i n g e q u a t i o n c . 6 , C C = - 4 5 . 6 3 6 x ^ 2 + 7 4 0 2 . 4 x + 5 8 7 8 5 , w h e r e x

i s t h e o z o n e g e n e r a t i o n c a p a c i t y , l b / d a y . C o s t o f O z o n e C o n t a c t C h a m b e r s i s

d e t e r m i n e d b y e q u a t i o n c . 7 , C C = 5 . 7 5 8 6 x ^ 0 . 9 0 4 8 , w h e r e x i s c o n t a c t

c h a m b e r v o l u m e i n c u b i c f e e t . F o r t h i s p l a n t , t h e c o s t o f t h e e n t i r e A O P

s y s t e m i s a p p r o x i m a t e l y $ 6 5 0 , 0 0 0

C h l o r i n a t i o nT o e s t i m a t e t h e t o t a l c o n s t r u c t i o n c o a s t o f t h e c h l o r i n a t i o n s y s t e m ,

f i r s t i t i s n e c e s s a r y t o c a l c u l a t e t h e c h l o r i n e f e e d c a p a c i t y i n l b / d a y . G i v e n

t h a t t h e r a t e n e e d e d i s 2 . 5 m g o f c h l o r i n e p e r l i t e r o f w a t e r , t h e f e e d

c a p a c i t y i s :

2 . 5 m g / l i t e r * 1 5 0 0 g a l l o n / d a y * 3 . 7 8 5 4 1 l i t e r / g a l l o n * 2 . 2 0 4 e - 6 l b / m g =

3 1 . 2 9 l b / d a y

C h l o r i n e C y l i n d e r S t o r a g e

W i t h e q u a t i o n c . 8 , C C = 3 E - 6 x ^ 3 Ð 0 . 0 4 2 5 x ^ 2 + 2 6 7 . 9 7 x + 2 9 3 6 8 , w h e r e x i sc h l o r i n e f e e d c a p a c i t y = 3 1 . 3 l b / d a y . C o m p l e t i n g t h e c a l c u l a t i o n i t i s f o u n d

t h a t t h e c o n s t r u c t i o n c o s t i s $ 3 7 , 7 1 1 . 5 0 .

C h l o r i n e D i o x i d e G e n e r a t i n g a n d F e e d

W i t h e q u a t i o n c . 9 , C C = - 0 . 0 7 8 3 x ^ 2 + 6 6 3 . 6 8 x + 8 2 9 0 9 , w h e r e x i s t h e

c h l o r i n e f e e d c a p a c i t y = 3 1 . 3 l b / d a y . T h e c o n s t r u c t i o n c o s t i s c a l c u l a t e d t o

b e $ 1 0 3 , 6 0 5 . 5 0

C l e a r w e l l S t o r a g e

W i t h e q u a t i o n c . 1 0 , C C = - 0 . 0 6 9 7 x ^ 2 + 1 1 6 1 . 9 x + 1 1 5 4 3 1 , w h e r e x i s e q u a l

t o c a p a c i t y o f c l e a r w e l l i n 1 0 0 0 g p d . G i v e n t h a t t h r e e c l e a r w e l l s a r e n e e d e d

a n d t h a t e a c h c l e a r w e l l w i l l h a v e a c a p a c i t y e q u a l t o 1 5 % o f t h e t o t a l f l o w



Operations & Maintenance Estimate

G r e e n s a n d O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t

1 ) B a c k w a s h W a s t e w a t e r D i s p o s a l ( a s s u m e o n e b a c k w a s h a d a y )

U n i t c o s t : $ 1 . 1 3 p e r 1 , 0 0 0 f t ^ 3 o r $ 0 . 1 7 / l b ( C i t y o f M a d i s o n )

D a i l y B a c k w a s h q u a n t i t y : 5 % o f f l o w o r 0 . 0 9 M G D o r

4 . 3 9 1 4 1 * 1 0 ^ 6 f t ^ 3 / y e a r

T h e r e f o r e , a n n u a l o p e r a t i n g c o s t i s $ 4 , 9 6 2 . 2 9

2 ) E l e c t r i c a l c o s t :

A s s u m e $ 0 . 0 7 6 / K W h r a n d a n n u a l q u a n t i t y 9 8 , 0 0 0 K W / y r = $ 7 , 5 0 0

( C i t y o f M a d i s o n )

3 ) M a i n t a i n B u i l d i n g ( h e a t , l i g h t s , m a i n t e n a n c e )

A s s u m e $ 5 , 0 0 0

4 ) 1 0 % C o n t i n g e n c y = $ 1 , 7 4 6 . 2 3

O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e E s t i m a t e : $ 1 9 , 2 1 0

M i c r o f i l t r a t i o n O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t

1 ) B a c k w a s h W a s t e w a t e r D i s p o s a l ( a s s u m e o n e b a c k w a s h a d a y )

U n i t c o s t : $ 1 . 1 3 p e r 1 , 0 0 0 f t ^ 3 o r $ 0 . 1 7 / l b ( C i t y o f M a d i s o n )

D a i l y B a c k w a s h q u a n t i t y : 5 % o f f l o w o r 0 . 0 9 M G D o r 4 . 3 9 1 4 1 * 1 0 ^ 6

f t ^ 3 / y e a r

T h e r e f o r e , a n n u a l o p e r a t i n g c o s t i s $ 4 , 9 6 2 . 2 9

2 ) E l e c t r i c a l C o s t :

A s s u m e $ 0 . 0 7 6 / k W h r a n d 3 0 0 , 0 0 0 K W / y r ( C i t y o f M a d i s o n ) , o p e r a t i n g

c o s t = 2 2 , 8 0 0

3 ) M a i n t a i n B u i l d i n g ( h e a t , l i g h t s , m a i n t e n a n c e )

A s s u m e $ 5 , 0 0 0

4 ) 1 0 % C o n t i g e n c y = $ 3 , 2 7 6




C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 6

I o n E x c h a n g e O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t

A s s u m e i o n e x c h a n g e e l e c t r i c a l e n e r g y i s o n e h a l f o f m i c r o f i l t r a t i o n

e n e r g y . A s s u m e b a c k w a s h r a t e i s p r o p o r t i o n a l . A l l e l s e r e m a i n i n g

c o n s t a n t ,


A d v a n c e d O x i d a t i o n O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t

A s s u m e A O P e n e r g y c o s t s a r e p r o p o r t i o n a l t o m i c r o f i l t r a t i o n . A s s u m e

n o b a c k w a s h . T h e r e f o r e , a l l e l s e c o n s t a n t ,


C h l o r i n e T a n k O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t

A s s u m e a p p l i e d d o s e o f 5 m g / L . A s s u m e $ 0 . 5 0 p e r g a l .

C o s t o f C h l o r i n e w i t h a 2 0 % c o n t i n g e n c y : ( 5 m g / L ) x ( 1 . 8 x 1 0 ^ 6

g a l / d a y ) x ( 3 . 7 8 5 L / g a l ) x ( 1 0 ^ - 3 g / m g ) x ( 1 + 0 . 2 ) x ( $ 0 . 5 / g a l ) x ( 1 / 1 . 1

c m ^ 3 / g ) x ( 1 g a l / 3 7 8 5 c m ^ 3 ) x ( 3 6 5 d a y / y e a r ) = $ 5 , 1 5 0

L a b o r C o s t s

A s s u m e 1 0 o p e r a t o r s a t $ 3 0 / h r w i t h 3 o p e r a t o r s w o r k i n g a t a n y t i m e .

A s s u m e p l a n t o p e r a t e s 2 4 h o u r s a d a y . L a b o r C o s t = 3 * $ 3 0 / h r s * 2 4 h r / d a y * 3 6 5

d a y s = $ 7 8 8 , 0 0 0

C h e m i c a l C o s t s

C h l o r i n e : F o r w a t e r f l o w o f 1 M G D , o p e r a t i o n a n d m a n a g e m e n t c o s t w e r e

c l o s e t o $ 5 0 0 0 0 p e r y e a r w h e n a c h l o r i n e d o e s o f 5 t o 2 0 m g / L T h e r e f o r e



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 7

H y d r o g e n P e r o x i d e : A s s u m e a p e r o x i d e d o s e p r o p o r t i o n a l t o c h l o r i n e o f 1 0

m g / L . A s s u m e

- C h e m i c a l f e e d = 1 0 m g / L x 1 . 8 M G D x 8 . 3 4 l b s / g a l = 1 5 0 l b s / d a y =

5 4 , 7 5 0 l b s / y r . A s s u m e $ 0 . 3 0 / l b . A n n u a l c o s t = $ 1 6 , 4 2 5

T o t a l O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t : $ 1 , 2 6 7 , 9 8 5

T o t a l O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e C o s t w i t h 2 0 % C o n t i n g e n c y :

$ 1 , 5 2 1 , 5 8 2

Conclusion

O v e r a l l , t h i s w a t e r t r e a t m e n t p l a n t s e e k s t o p r o v i d e s a f e a n d h e a l t h y

w a t e r t o t h e d e s c r i b e d c o a s t a l , C a l i f o r n i a p o p u l a t i o n . T h e f a c i l i t y d i s c u s s e dp r o p o s e s t r e a t i n g n e a r b y g r o u n d w a t e r a s a n a l t e r n a t i v e s o u r c e t o t h e

C a l i f o r n i a P r o j e c t W a t e r w h i l e k e e p i n g c o s t e f f i c i e n c y i n m i n d . T h e

p r o p o s e d t r e a t m e n t p r o c e s s e f f e c t i v e l y e l i m i n a t e s a l l c o n s t i t u e n t s p r e s e n t

i n t h e i n f l u e n t g r o u n d w a t e r t h r o u g h v a r i o u s w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s e s

d i s c u s s e d i n d e t a i l t h r o u g h o u t t h e r e p o r t . T h e e f f l u e n t w a t e r b e i n g

d i s t r i b u t e d t o t h e c o m m u n i t y m e e t s a l l C a l i f o r n i a a n d U n i t e d S t a t e s E P A

s t a n d a r d s . T h e c o s t e s t i m a t e s w e r e c o m p l e t e d u s i n g b a s i c , c l a s s 5

a p p r o x i m a t i o n s . T h e c o s t p r o j e c t i o n s w o u l d b e c o m e m o r e e x a c t a n d d e t a i l e da s t h e c o s t e s t i m a t e p r o c e s s p r o g r e s s e d t h r o u g h o u t t h e n e x t s t e p s o f t h e

d e s i g n , r e s e a r c h , a n d t e s t i n g p r o c e s s e s .



Resources

E P A R e g u l a t i o n s

¥ h t t p : / / w a t e r . e p a . g o v / d r i n k / c o n t a m i n a n t s / i n d e x . c f m # P r i m a r y

¥ U S C C E 4 8 4 L e c t u r e 4 , b y D r . A r t u r o B u r b a n o , F a l l 2 0 1 3

O x i d a t i o n T a n k

¥ I n t e g r a t e d D e s i g n a n d O p e r a t i o n o f W a t e r T r e a t m e n t F a c i l i t i e s ( 2 n d

E d i t i o n ) b y , S u s u m u K a w a m u r a ( 2 0 0 0 ) .

¥ W a t e r T r e a t m e n t P r i n c i p l e s D e s i g n ( 3 r d E d i t i o n ) b y , J o h n C .

C r i t t e n d e n , R . R h o d e s T r u s s e l l , D a v i d W . H a n d , K e r r y J . H o w e , G e o r g e

T c h o b a n o g l o u s ( 2 0 1 2 ) .

I n - L i n e C o a g u l a n t

¥ U S C C E 4 8 4 L e c t u r e 5 , b y D r . A r t u r o B u r b a n o , F a l l 2 0 1 3

G r e e n s a n d F i l t e r

¥ h t t p : / / w w w . r e s k e m . c o m / p d f / r e s k e m - u n i t e c h - g r e e n s a n d f i l t e r . p d f

¥ h t t p : / / w w w . n e s c . w v u . e d u / p d f / d w / p u b l i c a t i o n s / o n t a p / 2 0 0 9 _ t b / h o w _ t o _ m a

n g a n e s e _ g r e e n s a n d . p d f


¥ h t t p : / / w w w . w a t e r . s i e m e n s . c o m / e n / p r o d u c t s / m e m b r a n e _ f i l t r a t i o n _ s e p a r a

t i o n / m i c r o f i l t r a t i o n _ m e m b r a n e _ s y s t e m s / P a g e s / d e f a u l t . a s p x

¥ W a t e r T r e a t m e n t P r i n c i p l e s D e s i g n ( 3 r d E d i t i o n ) b y , J o h n C .

C r i t t e n d e n , R . R h o d e s T r u s s e l l , D a v i d W . H a n d , K e r r y J . H o w e , G e o r g e

T c h o b a n o g l o u s ( 2 0 1 2 ) .

R e v e r s e O s m o s i s

¥ h t t p : / / w w w . a p p l i e d m e m b r a n e s . c o m / s e r i e s _ k _ s y s t e m s . h t m

I o n E x c h a n g e

¥ h t t p : / / w w w . w a t e r . s i e m e n s . c o m / S i t e C o l l e c t i o n D o c u m e n t s / P r o d u c t _ L i n e s /

I n d u s t r i a l _ W a s t e w a t e r _ S y s t e m s / B r o c h u r e s / W a t e r % 2 0 R e c y c l i n g % 2 0 I o n %

2 0 E x c h a n g e % 2 0 S y s t e m % 2 0 I X % 2 0 S e r i e s . p d f

A d v a n c e d O x i d a t i o n P r o c e s s

¥ h t t p : / / i a s p u b . e p a . g o v / t d b / p a g e s / t r e a t m e n t / t r e a t m e n t O v e r v i e w . d o ? t r e a t

m e n t P r o c e s s I d = - 3 0 0 1 6 8 6 9 9

¥ U S C C E 4 8 4 L e c t u r e 1 0 , b y D r . A r t u r o B u r b a n o , F a l l 2 0 1 3



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 1 9

C o s t E s t i m a t e s

¥ h t t p : / / w w w . m i - w e a . o r g / d o c s / S e s s i o n % 2 0 1 % 2 0 - % 2 0 R o m a n o . p d f

¥ h t t p : / / w w w . w v d h h r . o r g / o e h s / e e d / s w a p / t r a i n i n g % 2 6 c e r t i f i c a t i o n / d o c u m e

n t s / a d v a n c e d _ m a t h _ h a n d b o o k . p d f

¥ h t t p : / / w w w . e p a . g o v / o g w d w / m d b p / p d f / a l t e r / c h a p t _ 5 . p d f

¥ h t t p : / / d s p a c e . u t a . e d u / b i t s t r e a m / h a n d l e / 1 0 1 0 6 / 4 9 2 4 / s h a r m a _ u t a _ 2 5 0 2 m

_ 1 0 6 5 2 . p d f ? s e q u e n c e = 1

C h e m i c a l C a l c u l a t i o n s

¥ A M P A C U S A . " R e v e r s e O s m o s i s R e m o v a l C h a r t . " R e v e r s e O s m o s i s

R e m o v a l C h a r t . A M P A C U S A , n . d . W e b . 5 D e c . 2 0 1 3 .

< h t t p : / / a m p a c 1 . c o m / r e v e r s e _ o s m o s i s _ r e m o v a l _ c h a r t . h t m > .

¥ B a g h v a n d , A k b a r , A l i D . Z a n d , a n d A b d o l r e z a K a r b a s s i , A . " O p t i m i z i n g

C o a g u l t i o n P r o c e s s f o r L o w t o H i g h T u r b i d i t y W a t e r s U s i n g A l u m i n u m

a n d I r o n S a l t s . " A m e r i c a n J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s 6 . 5

( 2 0 1 0 ) : 4 4 2 - 4 8 . U n i v e r s i t y o f T e h r a n . W e b . 5 D e c . 2 0 1 3 .

¥ D , Z o g o , B a w a L . M . , S o c l o H . H . , a n d A t c h e k p e D . " I n f l u e n c e o f P r e -

o x i d a t i o n w i t h P a t a s s i u m P e r m a n g a n a t e o n t h e E f f e c i e n c y o f I r o n a n d

M a n g a n e s e R e m o v a l f r o m S u r f a c e W a t e r b y C o a g u l a t i o n - f l o c c u l a t i o n

U s i n g A l u m i n i u m S u l f a t e : C a s e o f t h e O k p a r a D a m i n t h e R e p u b l i c o f

B e n i n . " J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a l C h e m i s t r y a n d E x t o x i c o l g y 3 . 1

( 2 0 1 1 ) : 1 - 8 . P r i n t .

¥ M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . " R e v e r s e O s m o s i s W a t e r T r e a t m e n t . "

R e v e r s e O s m o s i s W a t e r T r e a t m e n t . M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 2 4 J u n e

2 0 0 3 . W e b . 5 D e c . 2 0 1 3 .

< h t t p : / / w w w . m s u e . m s u . e d u / o b j e c t s / c o n t e n t _ r e v i s i o n / d o w n l o a d . c f m / r e v i s

i o n _ i d . 4 9 9 7 1 6 / w o r k s p a c e _ i d . - 4 / 0 1 5 0 0 6 1 1 . h t m l / > .¥ P u r e T a p W a t e r S y s t e m s , I n c . " R e v e r s e O s m o s i s a n d P H . " R e v e r s e

O s m o s i s D r i n k i n g W a t e r S y s t e m s . P u r e T a p W a t e r S y s t e m s , I n c . , n . d .

W e b . 5 D e c . 2 0 1 3 . < h t t p : / / w w w . p u r e t a p . c o m / p h . h t m > .

¥ U n i t e d S t a t e s E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y . " C h a p t e r s 2 , 5 , 7 . "

A l t e r n a t i v e D i s i n f e c t a n t s a n d O x i d a n t s G u i d a n c e M a n u a l . N . p . : O f f i c e

O f W a t e r , 1 9 9 9 . N . p a g . A p r . 1 9 9 9 . W e b . 5 D e c . 2 0 1 3 .

< h t t p : / / w w w . e p a . g o v / o g w d w / m d b p / a l t e r n a t i v e _ d i s i n f e c t a n t s _ g u i d a n c e . p

d f > .



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 2 1

R e v e r s e O s m o s i s C a l c u l a t i o n s

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I o n E x c h a n g e C a l c u l a t i o n s

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C l e a r w e l l C a l c u l a t i o n s

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C h e m i c a l C a l c u l a t i o n s

P e r m a n g a n a t e n e e d e d a n d A l k a l i n i t y C o n s u m e d

S o u r c e W a t e r : 2 m g / L F e 2 + 0 . 8 m g / L M n 2 +

P e r m a n g a n a t e D o s a g e : 0 . 9 4 m g K M n O 4 / m g F e 2 + , 1 . 9 2 K M n O 4 / m g M n 2 +

( C r i t t e n d e n E t A l . , 5 0 6 )



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 2 2

M a x F e e d R a t e ( l b / d a y ) = Q m a x ( m g d ) * C m a x ( m g / L ) * 8 . 3 4 = 1 . 8 * 3 . 5 * 8 . 3 4 =

5 2 . 5 l b / d a y K M n O 4

F e C l 3

F r o m l i t e r a t u r e : 1 0 m g / L i s a t y p i c a l d o s e

F e e d r a t e : 1 . 8 * 1 0 * 8 . 3 4 = 1 5 0 . 1 l b / d a y F e C l 3

0 . 9 2 m g / L a l k a l i n i t y c o n s u m e d f o r 1 m g / L F e C l 3 , t h e r e f o r e 1 0 * 0 . 9 2 = 9 . 2

m g / L a l k a l i n i t y c o n s u m e d

N o n e e d t o a d d l i m e b e c a u s e t h e r e i s p l e n t y o f a l k a l i n i t y

M F

R e c o v e r y r a n g e s f r o m 5 0 - 9 0 % A s s u m e o u r r e c o v e r y w i l l b e 7 5 %

1 . 7 1 * 0 . 7 5 = 1 . 2 8 3 M G D p e r m e a t e , 0 . 6 2 7 M G D B r i n e

A s s u m p t i o n F e e d w a t e r p H o f 6 . 8 ( C r i t t e n d e n E t A l . , 1 3 9 6 )

N i t r a t e 8 3 - 9 2 %

E x a m p l e c a l c u l a t i o n s

3 5 m g / L * ( 1 - 0 . 8 3 ) = 9 . 4 5 m g / L

S o n i t r a t e : ( 4 . 9 - 1 4 ) , a v g 9 . 4 5 m g / L

Q I C I = Q p C p + Q B C B

C B r i n e = [ ( 1 . 7 1 * 3 5 ) - ( 1 . 2 8 3 * 9 . 4 5 ) ] / 0 . 6 2 7 = 7 6 . 1 1 m g / L n i t r a t e

T D S 9 5 - 9 9 %

C p t d s 6 0 m g / L

C p A l k a l i n i t y : 3 m g / L

C b t d s 3 1 5 0 m g / L

M n 9 3 - 9 8 A l r e a d y t a k e n c a r e o f

I r o n 9 8 . 8 - 9 9 . 7 A l r e a d y t a k e n c a r e o f

C r V I r e m o v a l 9 5 - 9 9

C p C r V I = 0 . 0 1 m g / L

C b r i n e C r V I = 0 . 5 2 5 m g / L



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 2 3

A s s u m p t i o n : S u l f a t e i o n s w i l l n o t c o m p e t e w i t h n i t r a t e i o n s

N i t r a t e : H i g h 1 4 m g / L t h e n r e m o v e 8 m g / L ( a s s u m p t i o n )

m E q = ( m g * v a l e n c e ) / m o l e c u l a r w e i g h t , M W N i t r a t e = 6 2 g / m o l

1 4 m g / L * 1 / 6 2 = 0 . 2 3

M i n i m u m R e s i n v a l u e = m E q N O 3 f o r r e m o v a l / m E q / m L r e s i n * F l o w ( L i t e r s

p e r d a y ) ( C r i t t e n d e n E t A l , 1 2 7 8 )

Q = 1 . 8 M G D * ( 3 . 7 8 5 4 L / 1 g a l l o n ) * 1 0 6 g a l l o n s / M g a l l o n = 6 8 1 3 7 2 0 L / d a y

8 m g / L * 1 / 6 2 = 0 . 1 2 9 m E q

0 . 1 2 9 m E q / ( 1 . 1 5 m e q / m L ) * 6 8 1 3 7 2 0 = 7 6 4 4 3 2 1 m L r e s i n / d a y = 0 . 7 6 5 m 3

r e s i n / d a y

A O P P e r o x o n e

A t f i r s t w e a t t e m p t e d t o c a l c u l a t e t h e a m o u n t o f H 2 O 2 n e e d e d u s i n g m e t h o d s

i n t h e b o o k :

H O . R a t e C o n s t a n t f o r 1 , 4 - D i o x a n e 2 . 8 * 1 0 ^ 9 L / m o l * s ( C r i t t e n d e n E t A l . ,

1 4 4 2 )

d C r / d t = - k r C H O . C r

1 / C r * d C r = - k r C H O d t

C R = C R O e x p ( - k r t C H O )

3 u g / L = 1 0 u g / L * e x p ( - 2 . 8 * 1 0 ^ 9 * t 0 . 3 C H O . )

M W 1 , 4 d i o x a n e = 8 8 . 1 1

L n ( 0 . 3 ) / ( - 2 . 8 * 1 0 9 C H O . ) = t 0 . 3



C E 4 8 4 F i n a l P r o j e c t 2 4

L n ( 0 . 3 ) / ( - 2 . 8 * 1 0 9 C H O . ) = t 0 . 3 t 0 . 3 = 2 5 . 8 s e c o n d s , 4 m i n u t e 1 8 s e c o n d s ,

o r 4 3 m i n u t e s

H 2 O 2 + h v ! 2 H O .

S o i f 1 E - 1 0 H O . T h e n w e n e e d 5 E - 1 1 H 2 O 2 m o l s / L = 1 . 7 5 * 1 0 ^ - 9 g / l

I f 1 E - 9 H O . T h e n 5 E - 1 0 m o l s / L 1 . 7 5 * 1 0 ^ - 8 g / L

Q = 1 . 8 M G D * ( 3 . 7 8 5 4 L / 1 g a l l o n ) * 1 0 6 g a l l o n s / M g a l l o n = 6 8 1 3 7 2 0 L / d a y

5 ^ - 1 1 m o l s H 2 O 2 / L * 6 8 1 3 7 2 0 L / d a y = 0 . 0 0 0 3 4 m o l s H 2 O 2 / d a y = 1 1 5 6 m g

H 2 O 2 / d a y =

O r f o r 1 * 1 0 ^ - 9 m o l s H 2 O 2 / L = 0 . 0 0 3 4 m o l s H 2 O 2 / d a y = 0 . 8 m g / m i n u t e s

T h e s e n u m b e r s w e r e c l e a r l y t o o s m a l l s o w e f o u n d P e r o x o n e d o s a g e s

i n l i t e r a t u r e .

T y p i c a l H 2 O 2 c o n c e n t r a t i o n s 0 . 8 - 1 5 m g / L ( A l t e r n a t i v e D i s i n f e c t a n t s a n d

O x i d a n t s G u i d a n c e M a n u a l , 2 4 4 )

W e d e c i d e d u p o n 8 m g / L

R a t i o H 2 O 2 : O 3 0 . 5 s o 1 6 m g / L O 3 ( A l t e r n a t i v e D i s i n f e c t a n t s a n d O x i d a n t s

G u i d a n c e M a n u a l , 2 4 2 )

F e e d R a t e H 2 O 2 = 8 * 8 . 3 4 * 1 . 8 = 1 2 0 . 1 l b / d a y H 2 O 2

O z o n e f e e d R a t e : 1 6 m g / L = 1 6 p p m O 3

water treatment design

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