+ All Categories
Home > Documents > Water Treatment Plant Design CEE157B

Water Treatment Plant Design CEE157B

Date post: 26-Jan-2017
Category:
Upload: adam-richardson
View: 161 times
Download: 6 times
Share this document with a friend
51
Water Treatment Design Proposal Group A Engineering March 14, 2016 Francisco Mier y Teran, Adam Richardson, Breeana Rimbach, Haowen Yue
Transcript
Page 1: Water Treatment Plant Design CEE157B

 

Water Treatment Design Proposal Group A Engineering March 14, 2016 

  

  

Francisco Mier y Teran, Adam Richardson, Breeana Rimbach, Haowen Yue         

 

Page 2: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Dr. Catalina Marambio­Jones C&EE 157B: Design of Water Treatment Plants Boelter 5422 Los Angeles, CA 90024  Subject: Water Treatment Plant Design 

New “Greenfield” Water Treatment Plant Anytown, USA 

 Dear Dr. Catalina Marambio­Jones,  

In response to the Master Planning effort in your town of Anytown, USA, the design team of 

Group A Engineering has designed a surface water treatment plant submitted to you in the following 

report.  Our design has met each of the requirements put forth by the federal drinking water regulations 

and has complied with local water quality goals using the Brown River as its influent water source.   

The attached report will summarize our findings for the proposed water treatment plant in 

Anytown, USA, including the following items: I. Project Objective, II. Summary of the Source Water 

Quality, III. Goals for Treated Water and Regulatory Requirements, IV. Alternative Treatment Process 

Evaluations, V. Proposed Design, and VI. Calculations.  

Thank you for this opportunity to work with the town of Anytown on this project.  Please contact 

us if you have any questions or concerns regarding this project proposal. 

 Sincerely, 

Francisco Mier y Teran Adam Richardson    Breeana Rimbach               Haowen Yue       

Page 3: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

TABLE OF CONTENTS  

I. Executive Summary  II. Introduction (Project Objective)  III. Source Water Quality Summary  IV. Regulatory Requirements and Treated Water Goals  V. Evaluation of Alternative Treatment Processes 

 VI. Proposed Design 

A. Selected Processes B. Treatment Schematic  

1. Site Layout 2. Process Flow Diagram 

C. Hydraulic Grade Line D. Compliance with Sustainability Objectives 

 VII. References  VIII. Appendix 

A. Source Water Quality B. Water Regulations C. Calculations D. Model 2.0 Outputs E. CT Spreadsheet F. RTW Spreadsheet 

              

Page 4: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 I. EXECUTIVE SUMMARY 

 This design report of a water treatment plant addresses the necessities for Anytown, USA in 

anticipation of projected population growth as part of the Master Planning Effort.  

Group A Engineering implemented simple and effective treatment processes to provide all 

citizens of Anytown access to clean water. This plant design complies with all federal and local 

regulations for clean water MCLs. The plant’s specifications were modeled with WTP 2.0 according to 

the available information from studies on the quality and characteristics of the Brown River water. Many 

treatment processes were evaluated and analysed for optimal implementation given the guidelines and 

characteristics of the water source (Brown River). Our plant’s simple and efficient design was constructed 

with financial restrictions and minimal recycling goals in mind as requested by the citizens of Anytown, 

USA.  

The treatment process begins with the influent water  from the Brown River at an elevation of 

1035 ft.  The water is first moved into pre­sedimentation tanks. These were designed in efforts to reduce 

stress on the plant during the summer storms when the turbidity levels have been recorded to reach 500 

NTU. From this the water flows into the rapid mix/coagulation tanks where we pump alum (Al2[SO4]3) as 

a the coagulation agent. After this it will pass through 5 trains for flocculation and later will be left to 

settle in one of eight basins for sedimentation. After it has settled, the water will pass through filtration 

process and the back­wash will enter the plant again. Once it is clean the water will be sent to clearwell 

tanks for further contact time with our disinfectant and to later enter the distribution center to exit the 

plant and into Anytown. Our calculations and models show that this design is an acceptable response to 

the needs and requirements of Anytown and those set by federal and local regulations.  

       

Page 5: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 II. INTRODUCTION  

The water treatment plant presented in this report has been designed in accordance to the 

objectives of Anytown’s Master Planning effort, and has been rigorously tested to ensure that it meets 

state and federal requirements for disinfecting the water and minimizing the formation of disinfection 

by­products. The final design to accomplish these goals constitutes: presedimentation, rapid mix / 

coagulation, flocculation, sedimentation, filtration, clearwell storage, and distribution. We here at Group 

A Engineering pride our design for its efficiency, simplicity, and robustness, in order to provide Anytown 

with the water it needs. 

 III. SOURCE WATER QUALITY  

The source water for this project is considered an “impaired source,” which under the State 

Department of Public Health means that the Brown River does not meet one or more water­quality 

standards and as a result is too polluted for its intended use of finished water.  The Brown River contains 

a high concentration of Cryptosporidium and other pathogens, including Giardia.  The river also 

fluctuates heavily in turbidity values, ranging from the average value of 5 NTU to 500 NTU after summer 

thunderstorms.  The water from this river shows high quality in regards to TDS and hardness, moderate 

levels of TOC, but high levels of bromide.  Overall, the source water for this treatment plant has not had 

significant taste or odor issues in the past 30 years.  The tables in Appendix I summarize the water quality 

from the Brown River, as well as the pathogen information from this source. 

           

Page 6: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 IV. REGULATORY REQUIREMENTS AND TREATED WATER GOALS  

In 1974, President Ford enacted the Safe Drinking Water Act (SDWA), which implemented 

regulations regarding primary drinking water health concerns and secondary drink water aesthetic 

concerns.  These regulations set a balance between health and cost for treating water, setting maximum 

contaminant levels (MCL’s), which should eliminate the problems from taste, odor, and color from 

consumers.  An additional regulation was enforced by the SDWA, creating an MCL of 100 ppb for total 

trihalomethanes (TTHM).  The Surface Water Treatment Rule was then applied in 1989 to surface water 

sources used in public water systems.  The most important guideline set forth by this rule was the MCL 

for viruses, bacteria, Giardia, and Legionella. 

In 1991, the Environmental Protection Agency established a rule to control the lead and copper in 

drinking water aptly named the Lead and Copper Rule.  The concentrations must be measured at the taps 

of the pipe systems.  This rule stipulates that the MCL for lead is 0.015 mg/L and 1.3 mg/L for copper. 

There are two stages for disinfectant and disinfection byproducts rules.  The Stage 1 Disinfectants and 

Disinfection Byproducts Rule (DBPR) limits the exposure of drinking water to disinfection byproducts. 

The Stage 2 DBPR makes monitoring more strict for Trihalomethanes (TTHM) and Haloacetic acids 

(HAA5).  

In this case, as well as the regulations put forth above, the State Department of Public Health has 

also required the treatment plant to achieve a total Cryptosporidium inactivation/removal of 3.0 logs, 

Giardia inactivation/removal of 4.0 logs, and virus inactivation/removal of 5.0 logs.  The state has set a 

maximum filtration rate of 6 gpm/ft2 with one filter out of service for backwash, without any radically 

new treatment options.  The tables in Appendix I show the compliance regulations put forth by the state 

and obtained by this treatment plant design.  

     

Page 7: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 V. EVALUATION OF ALTERNATIVE TREATMENT PROCESSES 

 Reverse Osmosis:  

Reverse osmosis is a membrane process that separates dissolved solutes from water by 

differences in solubility and diffusivity through the membrane material.  Only pure water can go through 

the membrane and the solids exit the system through a waste stream. The influent raw water at this 

location has a total dissolved solids (TDS) of 43 mg/L and a total hardness of 25 mg/L. Therefore, it is 

unnecessary to apply reverse osmosis in the treatment process.  We have to increase the hardness of the 

treated water before water enters the distribution system. Additionally, reverse osmosis system is far more 

expensive and complicated for our water treatment plant design. Consequently, reverse osmosis is not a 

viable option for alternative treatment process.  

Ion Exchange:  

Ion exchange is a process in which ions attached to a stationary functional group exchange for 

ions in a solution. Ions are exchanged on an equivalence basis (MWH’s Water Treatment Principles and 

Design, p1264). Ion exchange can be applied to water for softening ­ the removal of calcium and 

magnesium ions. However, as is mentioned above, the raw water influent has a low TDS and total 

hardness. So ion exchange is not suitable for our design. 

Powdered Activated Carbon:  

Powdered Activated Carbon (PAC), with a mean particle size about 24 μm, can be added to water 

at various locations in the water treatment process to provide time for adsorption to take place and then 

remove the PAC by sedimentation and / or filtration. (MWH’s Water Treatment Principles and Design, 

p1159). PAC is effective in removing organic constituents and taste­and odor­causing compounds (EPA). 

In this report, the influent maximum Geosmin is 2 ng/L while the maximum MIB is 4 ng/L, which is quite 

low since the average detectable level for ordinary people is around 10 ng/L. The odor problem is not a 

Page 8: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

primary concern in this situation. Considering the cost of adding PAC in the system, we do not apply 

PAC into the treatment system. However, PAC may later be included in the system to ensure a very low 

level of geosmin and MIB, if those problems arise. 

UV Disinfection:  

Ultraviolet light refers to electromagnetic radiation having a wavelength between 100 and 400 

nm. (MWH’s Water Treatment Principles and Design, p991). By transforming the DNA of pathogens, 

UV light can inactivate those pathogens. UV disinfection could be applied after conventional water 

treatment process (Rapid mix, flocculation, sedimentation, filtration). Despite its efficiency, UV treatment 

requires special facilities with high energy needs operated by skilled laborers and thus represents a large 

initial financial investment for the plant’s construction and managerial budget. Therefore, we choose a 

traditional disinfectant like free chlorine to achieve the removal of certain pathogens instead of UV 

disinfection.   

Ozone Disinfection:  

The major advantage of ozone disinfection is that it does not produce significant downstream 

residuals. One downside of ozone disinfection is its tendency to react with bromide to produce bromate, a 

known carcinogen. Therefore, when considering the inclusion of ozone in Anytown’s water treatment 

plant design, the raw water quality from the Brown River was taken into account. Due to the Brown 

River’s high bromide concentration (200 ug/L), the addition of ozone as a disinfectant was rejected.  

             

Page 9: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 VI. PROPOSED DESIGN  

A. Selected Processes  We have selected a water treatment system that utilizes pre­sedimentation, rapid mix, 

flocculation, sedimentation, filtration, and disinfection, with appropriate chemical feeds and residual 

treatment processes.   

Pre­Sedimentation: 

Influent water will be brought in through a low­velocity rack and screen, to prevent anything 

living from getting caught and stuck to the inlet. The water will then flow to the pre­sedimentation 

process. The pre­sedimentation system has 3 basins, with a designed settling velocity of 0.0069 m/sec 

(corresponding to particles greater than 0.1 mm in diameter).  These tanks have dimensions of 3 m wet 

depths (5 m total depths), 5.84 m widths, and 38.04 m lengths, thus the cross­section per tank is 17.53 m2. 

The sludge removal will be processed by a traveling bridge design that spans each basin. The rate of 

operation of the traveling bridges can be adjusted based on how much sludge is being collected by this 

pre­sedimentation system, based on the influent water quality and physical observations. A lower rate of 

operation is expected most of the time, with higher operations during periods of high turbidity. 

Pre­sedimentation basins. ‘Total’ dimensions shown. 

 

Page 10: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Rapid Mix: 

The rapid mix system is the process of injecting and mixing the coagulant into the influent flow. 

The coagulation turbine mixer has a detention time of 5 seconds, having a total volume of 13.15 m3, with 

diameter of 1 m and length of 4.19 m. A 27 hp motor is needed to attain a G = 1000 s­1, including an 80% 

efficiency factor. A second setup of the exact same capacity will also be constructed, allowing the flow to 

be directed to either system, so that maintenance can be performed without interrupting the flow of water 

to the rest of the plant.The coagulant, alum, will be injected at this step, right before the turbine blades. 

Original image courtesy of “Flocculation and Coagulation.” Image not to scale. 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

Page 11: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Flocculation : 

From the rapid mix step, the alum­doped water now passes to the flocculation process. A series of 

closeable pipes will be used to evenly and quickly distribute this influent to the flocculation basins. The 

flocculation process uses vertical turbines to agitate the influent, with a total detention time of 2400 

seconds, through 5 trains of 4 basins per train.  Each basin has a wet volume of 315.6 m3, with side 

lengths of 6.8 m arranged in a square shape. An additional 2 m of dry wall will be added to the depth, 

bringing the total depth of each basin to 8.8m  The impeller in each basin is composed of a  hydrofoil with 

a diameter of 3.46 m,and is raised 2.7 m off of the bottom of the tank. Perforated baffles will be 

constructed to separate each turbine in a train. 

 

Sample flocculation basin. ‘Wet’ dimensions shown. 

 

 

 

 

11 

Page 12: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Sedimentation: 

For sedimentation, we have determined that there should be 8 basins with areas of 901.7 m2 each, 

with one out of operation at any given time.  The basins have dimensions of 15 m wide, 60.1 m long, and 

wet depths of 4 m.  An additional 2 m of dry depth should be added, bringing the total depths to 6 m. 

Each basin has a detention time of 1317 seconds (approximately 4 hours at average flow rate). The sludge 

in each basin will be collected by a traveling­bridge system, with each basin having an individual bridge 

in order to simplify maintenance and repair. The resulting sludge will be drawn off by a simple pump and 

sent to the lagoons for dewatering. A diffuser wall will be used to distribute the flow from the flocculation 

trains into the sedimentations basins, using a tapered inlet system that collects flow from all the 

flocculation trains and carries it to the sedimentation basins. The water will be collected at the end of each 

basin by inboard effluent launders. 

Side view of a sedimentation basin with travelling bridge sludge collector.  

Original image courtesy of “Rectangular Sedimentation…” Image not to scale. 

 

 

 

 

 

12 

Page 13: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

Dual Media Filtration: 

The next portion of the treatment process contains 10 conventional dual­media filtration systems, 

with one out of service at all times for backwashing.  The design filtration rate was determined to be 15 

m/hr, correlating to filter dimensions of 5 m wide and 14.03 m long.  The dual media filter contains a 0.3 

m depth of gravel base for support, then  0.3 m of sand (d= 0.55 mm) and a 1.0 m of anthracite (d= 1 mm) 

for filtration.  The necessary water above these depths is determined to be 2.4 m. Allowing for 2 m of dry 

wall above the water surface, that brings the total depth to 6 m (of which 4 m is wet). Cleaning the filter 

media will be accomplished with backwashing at a flow rate of 50 m/h, air scouring at 50 m/h, and a 

rotating single­arm surface wash at 1.5 m/h at 550 kPa. The backwash­wastewater troughs will be set 2 m 

from the surface of the anthracite (2.4 m below the top of the filtration tank), to provide plenty of space 

for fluidized bed expansion and particulate separation. This will minimize media loss from backwashing.   

Cross section of dual­media sand­anthracite filter.  

Original image courtesy of “Rapid Sand Filtration.” Image not to scale 

13 

Page 14: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

Disinfectant: 

The disinfectant we chose to use in this process is chlorine. Chlorine is a traditional disinfectant, 

which is effective to remove ammonia and virus. Given the fact that the raw water has a very high 

concentration of E. Coli and cryptosporidium, we choose chlorine as the main disinfectant. The 

chlorine(gas) is added right before rapid mix. According to the results from Model 2.0 and CT 

calculation, the chlorine can be added only once. There is no need for a second disinfection segment since 

the primary goal of disinfection can be achieved with only one disinfection segment. The concentration of 

Ammonia­N in raw water is 0.01 mg/L.  Thus, 0.0761 mg Cl2/L is required to remove all the Ammonia. 

However, the dose of free chlorine should be increased to achieve a total Cryptosporidium removal of 3.0 

logs, Giardia removal of 4.0 logs and virus removal of 5.0 logs. 

The final dose of free chlorine is 2.1 mg Cl2/L under the temperature of 25°C. The required TOC 

removal is 45%. Alum is added into the system to achieve TOC removal,reduce the concentration of 

DBPs and adjust the pH. After a few trials, the appropriate dose of alum was determined to be 120 mg/L. 

As is mentioned before, in order to achieve the TOC removal of 45% and reduce DBPs, the dose of alum 

seems a little high, but it is still acceptable. Based on Model 2.0, the TOC removal achieved is 52%. The 

formation of DBPs is partly determined by the position where disinfectant is added into the system. 

Additionally, 75 mg/L soda ash is added before rapid mix and 23.2 mg/L lime are added into the system 

after contact tank to adjust the pH.  

In our design, the chlorine is added between flocculation and sedimentation to reduce the 

production of DBPs. According to the state regulation, a concentration of 0.2 mg/L free chlorine is 

required throughout the distribution system, in addition to meeting the CT standard. After a few trials in 

Model 2.0, the final dose of free chlorine is 2.1 mg/L, which is added between filtration and contact tank. 

14 

Page 15: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

In Table.8, the residual of chlorine is presented. According to the CT spreadsheet, the final log­removal of 

Giardia is 4.83 and the final removal of viruses is 90.72.   

Under the minimum temperature of 5°C, the dose of free chlorine is 2 mg/L. Since free chlorine 

is not efficient under lower temperature, chlorine dioxide is added to enhance the disinfection. The dose 

of chlorine dioxide is 1.3 mg/L. It is added after rapid mix. The dose of alum is 120 mg/L. The dose of 

lime is 23.4 mg/L. The dose of ash soda is 75 mg/L. The log­removal of Giardia is 8.61 and the final 

removal of viruses is 95.21.  

These calculations were performed using the provided CT spreadsheet, based on detention times, 

chemical doses, and baffling factors. The baffling factor chosen for the flocculation tanks was 0.5, and 

will be produced by adding in perforated baffling walls between the turbines. Based on the sedimentation 

tank design, we chose 0.5 to represent the influent distribution, effluent launders, and flow conditions, 

according to "Selection of Baffling Factors and Operating Conditions for "T10" Calculations." 

 

 

 

                

15 

Page 16: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Chemical Feeds:  For our plant design we have chosen the following chemicals to treat the water:  Alum (Al2[SO4]3): standard water treatment coagulant. Alum will be stored in hydrous form as 5.6 lbs of alum per gallon.  Dose: 120 mg/L   Max feed: (wet) 446.8 gal/hr Pumps: 3 Size pump: 245.7 gal/hr Turndown ratio: 3 Max use  60048(lb) 10723 (gallons) Average use: 40032 (lb) 7149 (gallons)  Minimum use: 20016 (lb) 6574 (gallons)   Chlorine Gas (Cl2): disinfectant.  Keep in cryogenic tank as liquid form Dose: max= 2.1 (mg/L) min= 1.8 (mg/L) Pumps = 3 Size of pump = 347.5 gal/h Turndown ratio: 3.5 Max use:  1051 (lbs)   15164(gallons) Average use: 600 (lbs) 8665 (gallons) Min use:  300(lbs)  4332(gallons) Storage tank: 9007.2 (lbs)  Calcium Oxide (CaO): water hardening chemical. Commonly known as lime.   Kept in fine powder form.  Dose: max= 23.4 mg/L min= 23.2 mg/L Pumps = 3 Size of pump= 9.63 gal/hr Turndown ratio = 3.02 Max use: 11709(lbs)  420 (gallons) Average use: 7740 (lbs) 278 (gallons) Min use   3870  (lbs) 139 (gallons) Storage tank: 116092.8 (lbs)   Sodium Carbonate (Na2CO3): Alkalinity and coagulant buffer. Injected into the treatment system to maintain pH levels at adequate levels for continuous operation. Commonly known as soda ash Dose: max=75 (mg/L) min= 75 (mg/L) Pumps: 3  

16 

Page 17: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Size of pump: 40 (gal/hr) Turndown ratio: 3 Max use   37530(lbs)  1778(gallons) Average use: 25020(lbs) 1185 (gallons) Min use: 12510(lbs)  593(gallons) Storage tank   Chlorine Dioxide (ClO2): disinfectant. Strong oxidizing agent Dose: max= 1.3 (mg/L) min= 0.1 mg/L Pumps: 3 Size of pump: 223.5 (gal/hr) Turndown ratio: 39 Max use: 651 (lbs)  9753 (gallons) Average use: 434 (lb) 6501 (gallons) Min use  17 (lbs) 250 (gallons) Storage tank: 6505 (lbs)   Residual Treatment:  

Since the enaction of the Federal Water Pollution Control Act of 1972, the residual sludge from 

water treatment plants are categorized as industrial waste and thus must be treated with the best available 

technology within economic constraints. There are various processes to treat residual waste, including 

gravity thickening,  mechanical dewatering and sludge lagoons. Given that Anytown’s water treatment 

plant will have access to vast affordable land and emphasized their discretion in budgetary spending, 

sludge lagoons were the prefered method of residual management. And since water conservation and 

recycling are not a priority for this design guidelines, the dry sludge will be delivered into an 

environmentally friendly landfill instead of redistributed to the plant treatment. From the chemicals and 

treatment process we have advised to construct, the major sources of sludge for the plant will originate 

from the presedimentation process and the alum coagulation byproducts. Lime (calcium oxide) is 

commonly accounted as a contributor for sludge when softening the water, but since our influent water 

source Ca hardness is relatively low (22 mg/L) our application of lime will be in the end stages of 

17 

Page 18: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

treatment to instead harden the water before entering the distribution system and therefore not producing 

any sludge.  

Since typical plants using alum for their coagulant will retrieve 60­90% of their sludge from the 

sedimentation process and the remainder from the filters our presedimentation contribution assessment 

created minimal values in comparison to alum byproducts (Wiley). The typical range for alum residual as 

a percentage of entire plant water flow is 0.08­0.3. For our assessment we used the conservative value of 

0.26 of entire plant flow. We had an end result of 1,320,556 lbs treated every 3.5 months (our 

holding/drying period).  

We also took into consideration the filter­to­waste residual sludge and pre­sedimentation in our 

calculations, but the results were magnitudes lower than the alum residual produced. Since we are running 

our backwash water through the plant we did not account for these numbers when designing our sludge 

lagoons. From these calculations we were able to design four lagoons according to standard practices and 

regulations. Our dimensions for each lagoon will be 4.5 ft (depth) x  500 ft (length) x 125 ft (width). So 

the entire volume required for average plant operations is 661681 ft^3 and our four lagoons will provide 

with 112500 ft^3. Though the extra volume might seem excessive and costly, land availability is not an 

issue for this design and it accounts for summer storms which increase our daily turbidity from 5 NTU to 

500 NTU. Our calculations also accounted for a conservative drying period of 3.5 months, which will 

alleviate stress on the residual management process during the summer storms.  

 

18 

Page 19: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

Sample lagoon layout. Image courtesy of Google Images 

Clearwell Storage: 

The total volume of the contact tank is 9 million gallons, with rectangular dimensions of 6 m 

deep, 36 m wide, and 160 m long.  This meets the requirements of a length­to­width ratio between 4:1 and 

5:1, as well as barriers are set in the basin to make the contact tank well baffled with a baffling factor of 

0.7.  

Layout of contact tank / clearwater storage. 

 Addendum:  

Due to the nature of any project, these values may require adjustment in during construction or 

operation, in order to achieve the desired results. Group A Engineering reserves the ability to perform 

minor adjustments needed in order to achieve the design criteria when this plant is constructed and 

operated. 

19 

Page 20: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

B. Treatment Schematic  

1. Site Layout 

  

 

20 

Page 21: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

2. Process Flow Diagram  

   

 

21 

Page 22: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

C. Hydraulic Grade Line 

 

22 

Page 23: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

   

D. Compliance with Sustainability Objectives   

Will this design work?  Excellent ­ It meets all requirements set forth by the EPA and the local water treatment goals 

Will this design last?  Excellent ­ It can last for decades, due to its simplicity and ruggedness 

Will it survive extreme events?  Excellent ­ We measured different situations under higher and lower temperatures, and have designed the plant under worst­case turbidity scenario 

Is it affordable?  Excellent ­ Traditional design costs less 

Will it negatively impact the environment?  Fair ­ Water not recycled, uses lots of land 

Does it require excessive amounts of energy?  Excellent ­ Pumps do not consume much energy 

What is its carbon footprint?  Fair ­ The plant is spread over a large area. Also, chemical consumption contributes to carbon emission.  

                   

23 

Page 24: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

VII. REFERENCES  Chris Wiant, PhD. “The Chlorine Residual: A Public Health Safeguard” May 2005. Web. 13 Mar. 2016  <http://www.waterandhealth.org/chlorine­residual­public­health­safeguard/>.  EPA. “Water Treatment Plant Model Version 2.0 User’s Manual”  May 18 2001  "Flocculation and Coagulation." Civil Engineer. N.p., 26 Apr. 2015. Web. 13 Mar. 2016. <http://whatisacivilengineer.com/flocculation­and­coagulation/>.  Howe, Kerry J., John C. Crittenden, Kerry J. Howe, David W. Hand, George Tchobanoglous, and R. Rhodes. Trussell. Water Treatment: Principles and Design. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2012.  Kenneth D. Kerri. “Comparison of Treatment Process Sustainability at Water Plants in the Sacramento Region” Sep 2011  Marambio Jones, Catalina. “Design of Water Treatment Plants.” Los Angeles, CA. Winter 2016. Lecture.  "Rapid Sand Filtration." Water Treatment Primer. N.p., n.d. Web. 13 Mar. 2016. <http://www.elaguapotable.com/WT%20­%20Rapid%20Sand%20Filtration.htm>.  Rectangular Sedimentation Tank with Traveling Bridge. Digital image.SlidePlayer.com. N.p., n.d. Web. 13 Mar. 2016. <http://images.slideplayer.com/12/3453785/slides/slide_21.jpg>.  "Selection of Baffling Factors and Operating Conditions for "T10" Calculations." Texas Commission on Environmental Quality (n.d.): n. pag. 1 Apr. 2004. Web. 13 Mar. 2016. <https://www.tceq.texas.gov/assets/public/permitting/watersupply/pdw/tcr/baffling_factors.pdf>.  United States Environmental Protective Agency. “History of the Clean Water Act.” 1 June 2015. Web. 10 Mar. 2016 https://www.epa.gov/laws­regulations/history­clean­water­act   United States Environmental Protective Agency. “Stage 1 Disinfection and Disinfection Byproducts Rule: Laboratory Quick Reference Guide” https://www.epa.gov/dwreginfo/stage­1­and­stage­2­disinfectants­and­disinfection­byproducts­rules Urs. von Gunten, Juerg. Hoigne. “Bromate Formation during Ozonization of Bromide­Containing Waters: Interaction of Ozone and Hydroxyl Radical Reactions”  July 1994  Vedat Uyak, Sema Yavuz, Ismail Toroz, Sahin Ozaydin, Esra Ates Genceli. “Disinfection by­products precursors removal by enhanced coagulation and PAC adsorption” 16 July 2006     

24 

Page 25: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

VIII. APPENDIX  

A. Source Water Quality  Table 1. Brown River Water Parameters 

Parameter  Variable  Units  Value 

Min Temperature  Tmin  deg C  5 

Max Temperature  Tmax  deg C  25 

TOC    mg/L  4 

UV 254    1/cm  0.12 

Bromide    ug/L  200 

TDS    mg/L  43 

pH    (­)  7.9 

Alkalinity    mg/L as CaCO3  20 

Ca Hardness    mg/L as CaCO3  22 

Total Hardness    mg/L as CaCO3  25 

Chloride    mg/L  3 

Sulfate    mg/L  1 

Ammonia­N    mg/L  0.01 

Turbidity Avg    NTU  5 

Turbidity Max    NTU  500 

Max Flow Rate  Qmax  mgd  60 

Avg Flow Rate  Q  mgd  40 

Min Flow Rate  Qmin  mgd  20 

Max Filtration Rate    gpm/ft2  6 

Influent Hydraulic Elevation  Ho  ft  1035 

Finished Water Hydraulic Elevation  Hf  ft  995 

Avg Distribution System Detention Time    days  1 

Max Distribution System Detention Time    days  3 

  

25 

Page 26: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 Table 2. Brown River’s Pathogen Information 

Pathogen Information    Units  Value 

       

E. Coli    /100 mL  Very High 

Cryptosporidium    /100 L  Very High 

Geosmin Max    ng/L  2 

MIB Max    ng/L  4 

 B. Water Regulations 

 Table 3.  COAGULATION:                  

Enhanced Coagulation   Source Water Alkalinity 

(mg/L)         0­60  60­120  >120 

  2.0­4.0  35%  25%  15% 

Source Water TOC (mg/L)  4.0­8.0  45%  35%  25% 

  >8.0  50%  40%  30% 

           Table 4.  FLOCCULATION:                  Detention time    greater than 30 min     Flow­Through Velocity    0.5 < v < 1.5 ft/min    0.00254 < v < 0.00762 

Conventional G steps    50, 30, 10              Vertical Turbine mixing system         impeller    hydrofoil or PBT     blade diameter/ effective tank diameter    D/Te  0.3­0.6   tank height/effective tank diameter    H/Te  0.9­1.1   blade elevation from bottom/tank height    C/H  0.5­0.33   

26 

Page 27: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

revolutions per minute    N  10.0­30.0    tip speed m/s      2.0­3.0   effective tank diameter    Te  sqrt(4*plan area/pi)   baffling    (0.0625 or 0.1) * D     depth    H  < 8m    Table 5.  SEDIMENTATION:      Minimum sedimentation basins  2 

Water Depth   3­5 ft 

Length­to­Depth Ratio, minimum  15:1 

Width­to­Depth Ratio  3:1 ­ 6:1 

Length­to­Width Ratio, minimum  4:1 ­ 5:1 

Surface Loading Rate  1.25 ­ 2.5 m/h 

Horizontal mean­flow velocity  0.3 ­ 1.1 m/min 

Detention Time  1.5 ­ 4 h 

Reynolds Number  < 20,000 

Froude Number  > 10^­6 

 Table 6.  FILTRATION:      Filtration Rate  2 ­ 6 gpm/ft^2 

Media Diameter  0.5 ­ 1.2 mm 

Bed Depth  2 ­ 6 ft 

Required Head  6 ­ 10 ft 

Run Length  1 ­ 4 days 

Pretreatment  Coagulation 

  

C. Calculations  

Pre­Sedimentation: Requirements & Equations: Max Plant Flow Rate 2.63 m3/sec  Max hf 0.05 m/sec  Settling vs 0.0069 m/sec For particles > 0.1 mm  # Basins 3  Safety Factor SF 1.75 1.5­2.0  

 

27 

Page 28: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Cross­Section per Tank 17.53333333 m2 Qmax/(#tanks*hf)  Depth 3 m  Width 5.844444444 m  Length 38.04347826 m SF*depth*hf/vs  

 Length:Depth 12.68115942 > 6  Length:Width 6.509340387 > 4  

 Detention Time 12.68115942 min > 6  

 Overflow Rate 340.662857 m/day 200­400  

 Coagulation ­ Turbine Mixer  Max Plant Flow Rate 2.63 m3/sec Detention Time 5 sec Pipe Volume 13.15 m3 Pipe Diameter 1 m Pipe Length 4.185765215 m G 1000  Mixer Power, in hp 27   Flocculation ­ Vertical Turbine  Max Plant Flow Rate 2.63 m3/sec  Detention Time 2400 sec  Total Volume Needed 6312 m3  # Trains 5  # Basins per Train 4  Volume per Basin 315.6 m3  Basin Dimensions (Cube) 6.80841m  Max Flow­Through Velocity 0.00284 m/sec 0.00254 < v < 0.00762  

  

T = 5 C T = 25 C  u=  0.00152 0.000895  Mixer Power for given G, in hp: Motor to Choose:  70 3.152139581 1.856029556 4 hp 50 1.60823448 0.946953855 2 hp 30 0.5789644128 0.3409033878 1 hp 10 0.0643293792 0.0378781542 1 hp 

  

Blade and Tank Ratios  impeller hydrofoil  

28 

Page 29: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

effective tank diameter Te (m) 7.68  impeller diameter D (m) 3.46  tank height/effective tank diameter H/Te 0.89 0.9­1.1  blade elevation from bottom C (m) 2.72  revolutions per minute N 10.0­30.0   tip speed m/s 2.0­3.0  baffling B (m) 0.277   Sedimentation Basins:  Basins Number of Floc Trains 5 Recommended min #: 2 

Number of Sedimentation Basins 7 0.5 x Flocc Trains, rounded up  

Flow Values Typical Overflow Rate 0.000417 m/sec  Typical Overflow Rate 1.50 m/hr Range: 1.5­2.5 Max Plant Flow 2.63 m3/sec  Avg Plant Flow 1.75 m3/sec  Min Plant Flow 0.88 m3/sec  

 Per Basin Size Area 901.714m2 A = Q_max / (OR x # basins) 

Width 15 m (can be multiple of 6) Length 60.114 m L = A/W Depth 4 m 4 m avg Volume 3606.857 m3  

 Detention Time Detention Time 1371.429 sec tD = D/(OR*#Basins) 

 Size Ratios Detention time (Qmax) 2.667 hr 1.5 < tD < 4 

Detention time (Qav) 4.008 hr 1.5 < tD < 4 Detention time (Qmin) 7.970 hr 1.5 < tD < 4 Length:Depth 15.029 > 15:1 Length:Width 4.008 > 4:1 Width:Depth 3.75 3:1 ­ 5:1 Max Horizontal Flow  0.376 m/min 0.3 < hf < 1.1 

 Reynolds & Froude Reynolds, Max Flow, 5 deg C 10755.14874 < 20,000 (p*v*Rh)/u Numbers 2.608695652 m Rh = Ax/Pw 

0.006266666667 m/sec vf = hf/60 0.00152 kg/m/sec u 1000 kg/m3 p 

 Reynolds, Max Flow, 25 deg C 18210.93029 < 20,000 (p*v*Rh)/u 

2.608695652 m Rh = Ax/Pw 

29 

Page 30: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

0.006266666667 m/sec vf = hf/60 0.000895 kg/m/sec u 997 kg/m3 p 

 Froude, Max Flow 0.000001534549024 > 1E­6 vf^2/(g*Rh) 

0.006266666667 m/sec vf 9.81 m/sec2 g 2.608695652 m Rh 

Filtration ­ Dual Media   Total # of Filters Max Flow Rate 60 mgd  

Max Flow Rate 9468 m^3/h  # Filters 9 N = 1.2 x Q^0.5 Filtration Rate 15 m/h 15­25 

 Size Total Filter Area Needed 631.20 m^2  

Per Filter Area 70.13 m^2 25 ­ 100 Width 5 m 3.0­6.0 Length 15.59 m  Depth of Sand (d = 0.55 mm) 0.30 m 0.3 avg Depth of Anthracite (d = 1 mm) 0.45 m 0.45 avg Depth Water Above Media 2.40 m 1.8­2.4 Volume 220.92 m^3  Length:Width 3.46 2:1 ­ 4:1 

 Detention Time, tD 0.21 h tD = (h x A) / Q 

 Filter Wash System Backwash Flow Rate 50 m/h 45­55 

Surface Wash, Single Rotating Arm 1.5 m/h 1.25­1.75 @ Pressure 550 kPa 480­690 

 Disinfection:  

Transform all the ammonia into nitrogen gas.  

3HOCl + 2NH3  N2(g) + 3H2O + 3HCl→  

3 mol of HOCl is needed for every 2 mol of NH3  

Weight ration: (1.5 mol/mol)  = 7.61 mg Cl2 / mg N 14 g N14 g N71 g Cl2

Required dose = 7.61mg Cl2 /mg N  0.01mg N/L = 0.0761 mg Cl2 /L×  

30 

Page 31: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Chemical Feeds: 

 

 

31 

Page 32: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

 

 

 

 

 

 

32 

Page 33: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

 

 

 

D. Model 2.0 Outputs  Under higher temperature (2.1 mg/L Free chlorine) 

                                      Table 1            Water Quality Summary for Raw, Finished, and Distributed Water             At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Parameter             Units        Raw Water   Effluent   Avg. Tap   End of Sys ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ pH                     (­)                          7.9        9.1        9.1        9.2 Alkalinity      (mg/L as CaCO3)       20         60         60         60 TOC                  (mg/L)                   4.0        1.9        1.9        1.9 UV                   (1/cm)                    0.120      0.033      0.033      0.033 (T)SUVA              (1/cm)                 3.0        1.7        1.7        1.7 Ca Hardness     (mg/L as CaCO3)   22         53         53         53 Mg Hardness     (mg/L as CaCO3)   3          3          3          3 Ammonia­N            (mg/L)            0.01       0.00       0.00       0.00 Bromide              (ug/L)                 200        115        110        115 Free Cl2 Res.     (mg/L as Cl2)       0.0        0.3        0.2        0.0 Chloramine Res.   (mg/L as Cl2)    0.0        0.0        0.0        0.0 TTHMs                (ug/L)                  0         74         80         74 HAA5                 (ug/L)                    0         31         32         31 HAA6                 (ug/L)                    0         51         52         51 HAA9                 (ug/L)                    0         80         83         80 TOX                  (ug/L)                     0        231        240        231 Bromate              (ug/L)                   0          0          0          0 Chlorite             (mg/L)                  0.0        0.0        0.0        0.0 TOC Removal         (percent)                    52 E.C. not required ­ raw TOC, raw SUVA, and/or finished TOC <= 2 E.C. Step 1 TOC removal requirement ACHIEVED CT Ratios     Virus                (­)           0.0      840.4      840.4      840.4   Giardia              (­)           0.0      166.4      166.4      166.4   Cryptosporidium      (­)           0.0        0.0        0.0        0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­   

33 

Page 34: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

                                          Table 2                                Selected Input Parameters   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Parameter                                     Value  Units   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ TEMPERATURES      Average                                  25.0  (deg. C)      Minimum                                   5.0  (deg. C) PLANT FLOW RATES      Average                                   2.0  (mgd)      Peak Hourly                              60.0  (mgd)  DISINFECTION INPUTS/CALCULATED VALUES Surface Water Plant?                           TRUE Giardia Removal + Inactivation Required        3.0  (logs) Giardia Removal Credit by Filtration           2.5  (logs) Giardia Removal Credit by Membranes            0.0  (logs) Giardia Inactivation Credit Required           0.5  (logs)  Virus Removal + Inactivation Required          4.0  (logs) Virus Removal Credit by Filtration             2.0  (logs) Virus Removal Credit by Membranes              0.0  (logs) Virus Inactivation Credit Required             2.0  (logs)  Crypto Removal + Inactivation Required         4.0  (logs) Crypto Removal Credit by Filtration            2.0  (logs) Crypto Removal Credit by Membranes             0.0  (logs) Crypto Inactivation Credit Required            2.0  (logs)  CHEMICAL DOSES (in order of appearance) Alum                                         120.0  (mg/L as Al2(SO4)3*14H2O) Soda Ash                                      75.0  (mg/L as Na2CO3) Chlorine (Gas)                                 2.1  (mg/L as Cl2) Lime                                          23.2  (mg/L as Ca(OH)2)      

34 

Page 35: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

PROCESS HYDRAULIC PARAMETERS:    T10/Tth    T50/Tth    VOL. (MG) (in order of appearance) Rapid Mix                           0.1        1.0        0.0035 Flocculation                        0.5        1.0        1.6675 Settling Basin                      0.5        1.0        6.6698 Filtration                             0.5        1.0        0.5252 Contact Tank                        0.5        1.0        9.0000 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 3                          Predicted Water Quality Profile            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                            | Residence Time |                          pH   TOC     UVA   (T)SUVA   Cl2    NH2Cl | Process|  Cum. | Location            (­)  (mg/L)  (1/cm) (L/mg­m) (mg/L) (mg/L) |  (hrs) | (hrs) | ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent             7.9   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Alum                 3.1   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Soda Ash           6.4   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Rapid Mix         6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0     0.04     0.04 Flocculation      6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0    20.01    20.05 Settling Basin    6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0    80.04   100.09 Filtration           6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0     6.30   106.39 Chlorine (Gas)   6.4   1.9    0.033    1.7     2.0    0.0     0.00   106.39 Contact Tank     6.4   1.9    0.033    1.7     0.3    0.0   108.00   214.39 Lime                  9.1   1.9    0.033    1.7     0.3    0.0     0.00   214.39 WTP Effluent    9.1   1.9    0.033    1.7     0.3    0.0     0.00   214.39 Average Tap       9.1   1.9    0.033    1.7     0.2    0.0    24.00   238.39 End of System    9.2   1.9    0.033    1.7     0.0    0.0    72.00   286.39 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ TOC Removal (percent):     52 E.C. not required ­ raw TOC, raw SUVA, and/or finished TOC <= 2 E.C. Step 1 TOC removal requirement ACHIEVED ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­      

35 

Page 36: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

                                      Table 4                            Predicted Water Quality Profile            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                Calcium    Magnesium                          pH   Alk    Hardness   Hardness   Solids  NH3­N  Bromide   Location          (­)  (mg/L)   (mg/L)     (mg/L)    (mg/L)  (mg/L)  (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent           7.9    20        22         3        0.0     0.0     200 Alum               3.1              22         3        0.0     0.0     200 Soda Ash          6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Rapid Mix        6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Flocculation      6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Settling Basin    6.4    30        22         3       61.9     0.0     200 Filtration          6.4    30        22         3       61.9     0.0     200 Chlorine (Gas)  6.4    29        22         3       61.9     0.0     200 Contact Tank    6.4    29        22         3       61.9     0.0     115 Lime                 9.1    60        53         3       61.9     0.0     115 WTP Effluent   9.1    60        53         3       61.9     0.0     115 Average Tap       9.1    60        53         3       61.9     0.0     110 End of System    9.2    60        53         3       61.9     0.0     115 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 5                     Predicted Trihalomethanes and other DBPs                At Average Flow ( 2.0 MGD) and Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                   BrO3­ ClO2­   TOX  |CHCl3  CHBrCl2  CHBr2Cl  CHBr3   TTHMs  Location         (ug/L) (mg/L) (ug/L)|(ug/L) (ug/L)   (ug/L)   (ug/L) (ug/L)  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent             0    0.0      0      0      0        0       0       0 Alum                 0    0.0      0      0      0        0       0       0 Soda Ash            0    0.0      0      0      0        0       0       0 Rapid Mix          0    0.0      0      0      0        0       0       0 Flocculation        0    0.0      0      0      0        0       0       0 Settling Basin     0    0.0      0      0      0        0       0       0 Filtration            0    0.0      0      0      0        0       0       0 Chlorine (Gas)    0    0.0      0      0      0        0       0       0 Contact Tank      0    0.0    231      9     21       38       6      74 Lime                  0    0.0    231      9     21       38       6      74 WTP Effluent    0    0.0    231      9     21       38       6      74 Average Tap       0    0.0    240     10     23       41       7      80 

36 

Page 37: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

End of System     0    0.0    231      9     21       38       6      74 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 6                      Predicted Haloacetic Acids ­ through HAA5                At Average Flow ( 2.0 MGD) and Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                   MCAA   DCAA   TCAA   MBAA   DBAA   HAA5   Location         (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent              0      0      0      0      0      0 Alum                  0      0      0      0      0      0 Soda Ash             0      0      0      0      0      0 Rapid Mix           0      0      0      0      0      0 Flocculation         0      0      0      0      0      0 Settling Basin      0      0      0      0      0      0 Filtration             0      0      0      0      0      0 Chlorine (Gas)     0      0      0      0      0      0 Contact Tank       3      9      8      3      8     31 Lime                    3      9      8      3      8     31 WTP Effluent         3      9      8      3      8     31 Average Tap           3      9      9      3      9     32 End of System        3      9      8      3      8     31 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                       Table 7                     Predicted Haloacetic Acids (HAA6 through HAA9)               At Average Flow ( 2.0 MGD) and InfluentTemperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                   BCAA  BDCAA  DBCAA   TBAA   HAA6   HAA9   Location         (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent               0      0      0      0      0      0 Alum                   0      0      0      0      0      0 Soda Ash             0      0      0      0      0      0 Rapid Mix           0      0      0      0      0      0 Flocculation         0      0      0      0      0      0 Settling Basin      0      0      0      0      0      0 Filtration             0      0      0      0      0      0 Chlorine (Gas)     0      0      0      0      0      0 Contact Tank       19      3      3     24     51     80 Lime                    19      3      3     24     51     80 WTP Effluent      19      3      3     24     51     80 

37 

Page 38: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Average Tap         20      3      3     25     52     83 End of System      19      3      3     24     51     80 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 8            Predicted Disinfection Parameters ­ Residuals and CT Ratios            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                                CT Ratios                    Temp  pH    Cl2   NH2Cl  Ozone   ClO2  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­  Location          (C)  (­)  (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Giardia Virus Crypto  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent           25.0  7.9   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Alum               25.0  3.1   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Soda Ash         25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Rapid Mix       25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Flocculation     25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Settling Basin   25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Filtration          25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Chlorine (Gas)   25.0  6.4   2.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Contact Tank     25.0  6.4   0.3    0.0   0.00   0.00  166.4   840.4    0.0 Lime                  25.0  9.1   0.3    0.0   0.00   0.00  166.4   840.4    0.0 WTP Effluent    25.0  9.1   0.3    0.0   0.00   0.00  166.4   840.4    0.0 Average Tap       25.0  9.1   0.2    0.0   0.00   0.00  166.4   840.4    0.0 End of System    25.0  9.2   0.0    0.0   0.00   0.00  166.4   840.4    0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                      Table 9                   Predicted Disinfection Parameters ­ CT Values            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                         Cl2     NH2Cl   Ozone   ClO2   Location             <­­­­­(mg/L * minutes)­­­­­>   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent             0.0      0.0     0.0     0.0 Alum                 0.0      0.0     0.0     0.0 Soda Ash           0.0      0.0     0.0     0.0 Rapid Mix         0.0      0.0     0.0     0.0 Flocculation       0.0      0.0     0.0     0.0 Settling Basin     0.0      0.0     0.0     0.0 Filtration            0.0      0.0     0.0     0.0 Chlorine (Gas)    0.0      0.0     0.0     0.0 

38 

Page 39: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Contact Tank       840.4      0.0     0.0     0.0 Lime                   840.4      0.0     0.0     0.0 WTP Effluent       840.4      0.0     0.0     0.0 Average Tap        840.4      0.0     0.0     0.0 End of System      840.4      0.0     0.0     0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                    Table 10                         Predicted Disinfection Parameters             At Peak Flow (60.0 MGD) and Minimum Temperature (5.0 C)             for Surface Water Plant with Coagulation and Filtration ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                               CT Ratios                          Temp  pH    Cl2   NH2Cl  Ozone   ClO2  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Location          (C)  (­)  (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Giardia Virus Crypto  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent             5.0  7.9   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Alum                 5.0  3.1   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Soda Ash           5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Rapid Mix          5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Flocculation        5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Settling Basin     5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Filtration            5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Chlorine (Gas)    5.0  6.5   2.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Contact Tank      5.0  6.5   1.3    0.0   0.00   0.00    5.9    34.5    0.0 Lime                   5.0  9.3   1.3    0.0   0.00   0.00    5.9    34.5    0.0 WTP Effluent      5.0  9.3   1.3    0.0   0.00   0.00    5.9    34.5    0.0 Average Tap        5.0  9.3   1.2    0.0   0.00   0.00    5.9    34.5    0.0 End of System     5.0  9.3   1.1    0.0   0.00   0.00    5.9    34.5    0.0                                     Table 11             Predicted Inactivation at Minimum Temperature and Peak Flow                  and DBPs at Plant Flow and Influent Temperature   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                  _____ CT Ratios ____  Cl2   NH2Cl  ClO2­ BrO3­ TTHM  HAA5 Location         Giardia Virus Crypto (mg/L as Cl2)(mg/L) <­­­­(ug/L)­­­­> ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent               0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Alum                   0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Soda Ash             0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Rapid Mix           0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 

39 

Page 40: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Flocculation        0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Settling Basin      0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Filtration             0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Chlorine (Gas)     0.0    0.0    0.0   2.0   0.0    0.0     0     0     0 Contact Tank       5.9   34.5    0.0   0.3   0.0    0.0     0    74    31 Lime                    5.9   34.5    0.0   0.3   0.0    0.0     0    74    31 WTP Effluent      5.9   34.5    0.0   0.3   0.0    0.0     0    74    31 Average Tap        5.9   34.5    0.0   0.2   0.0    0.0     0    80    32 End of System     5.9   34.5    0.0   0.0   0.0    0.0     0    74    31    

                                      Table 1            Water Quality Summary for Raw, Finished, and Distributed Water             At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Parameter             Units             Raw Water   Effluent   Avg. Tap   End of Sys ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ pH                     (­)                         7.9        9.2        9.2        9.2 Alkalinity      (mg/L as CaCO3)        20         60         60         60 TOC                  (mg/L)                   4.0        1.9        1.9        1.9 UV                   (1/cm)                   0.120      0.033      0.033      0.033 (T)SUVA              (1/cm)                 3.0        1.7        1.7        1.7 Ca Hardness     (mg/L as CaCO3)     22         54         54         54 Mg Hardness     (mg/L as CaCO3)     3          3          3          3 Ammonia­N            (mg/L)             0.01       0.00       0.00       0.00 Bromide              (ug/L)                  200        116        111        116 Free Cl2 Res.     (mg/L as Cl2)         0.0        0.2        0.1        0.0 Chloramine Res.   (mg/L as Cl2)      0.0        0.0        0.0        0.0 TTHMs                (ug/L)                  0         74         80         74 HAA5                 (ug/L)                   0         30         31         30 HAA6                 (ug/L)                   0         49         51         49 HAA9                 (ug/L)                   0         78         80         78 TOX                  (ug/L)                    0        229        238        229 Bromate              (ug/L)                   0          0          0          0 Chlorite             (mg/L)                  0.0        0.9        0.9        0.9 TOC Removal         (percent)                    52 E.C. not required ­ raw TOC, raw SUVA, and/or finished TOC <= 2 E.C. Step 1 TOC removal requirement ACHIEVED CT Ratios     Virus                (­)           0.0      713.5      713.5      713.5   Giardia              (­)           0.0      141.1      141.1      141.1 

40 

Page 41: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

  Cryptosporidium      (­)           0.0        0.0        0.0        0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                         Table 2                                Selected Input Parameters   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Parameter                                     Value  Units   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ TEMPERATURES      Average                                  25.0  (deg. C)      Minimum                                   5.0  (deg. C) PLANT FLOW RATES      Average                                   2.0  (mgd)      Peak Hourly                              60.0  (mgd)  DISINFECTION INPUTS/CALCULATED VALUES Surface Water Plant?                           TRUE Giardia Removal + Inactivation Required        3.0  (logs) Giardia Removal Credit by Filtration           2.5  (logs) Giardia Removal Credit by Membranes            0.0  (logs) Giardia Inactivation Credit Required           0.5  (logs)  Virus Removal + Inactivation Required          4.0  (logs) Virus Removal Credit by Filtration             2.0  (logs) Virus Removal Credit by Membranes              0.0  (logs) Virus Inactivation Credit Required             2.0  (logs)  Crypto Removal + Inactivation Required         4.0  (logs) Crypto Removal Credit by Filtration            2.0  (logs) Crypto Removal Credit by Membranes             0.0  (logs) Crypto Inactivation Credit Required            2.0  (logs)  CHEMICAL DOSES (in order of appearance) Alum                                         120.0  (mg/L as Al2(SO4)3*14H2O) Soda Ash                                      75.0  (mg/L as Na2CO3) Chlorine Dioxide                               1.3  (mg/L as ClO2) Chlorine (Gas)                                 2.0  (mg/L as Cl2) Lime                                          23.4  (mg/L as Ca(OH)2)  PROCESS HYDRAULIC PARAMETERS:    T10/Tth    T50/Tth    VOL. (MG) (in order of appearance) 

41 

Page 42: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Rapid Mix  0.1        1.0        0.0035 Flocculation  0.5        1.0        1.6675 Settling Basin  0.5        1.0        6.6698 Filtration  0.5        1.0        0.5252 Contact Tank  0.5        1.0        9.0000 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 3                          Predicted Water Quality Profile            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                              | Residence Time |                           pH   TOC     UVA   (T)SUVA   Cl2    NH2Cl | Process|  Cum. | Location              (­)  (mg/L)  (1/cm) (L/mg­m) (mg/L) (mg/L) |  (hrs) | (hrs) | ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                 7.9   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Alum                    3.1   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Soda Ash              6.4   4.0    0.120    3.0     0.0    0.0     0.00     0.00 Rapid Mix            6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0     0.04     0.04 Chlorine Dioxide  6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0     0.00     0.04 Flocculation         6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0    20.01    20.05 Settling Basin       6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0    80.04   100.09 Filtration              6.4   1.9    0.047    2.4     0.0    0.0     6.30   106.39 Chlorine (Gas)     6.4   1.9    0.033    1.7     1.9    0.0     0.00   106.39 Contact Tank        6.4   1.9    0.033    1.7     0.2    0.0   108.00   214.39 Lime                    9.2   1.9    0.033    1.7     0.2    0.0     0.00   214.39 WTP Effluent       9.2   1.9    0.033    1.7     0.2    0.0     0.00   214.39 Average Tap         9.2   1.9    0.033    1.7     0.1    0.0    24.00   238.39 End of System       9.2   1.9    0.033    1.7     0.0    0.0    72.00   286.39 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ TOC Removal (percent):     52 E.C. not required ­ raw TOC, raw SUVA, and/or finished TOC <= 2 E.C. Step 1 TOC removal requirement ACHIEVED ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­      

42 

Page 43: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

                                      Table 4                            Predicted Water Quality Profile            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                Calcium    Magnesium                      pH   Alk    Hardness   Hardness   Solids  NH3­N  Bromide   Location          (­)  (mg/L)   (mg/L)     (mg/L)    (mg/L)  (mg/L)  (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                7.9    20        22         3        0.0     0.0     200 Alum                    3.1              22         3        0.0     0.0     200 Soda Ash              6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Rapid Mix             6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Chlorine Dioxide   6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Flocculation          6.4    30        22         3        0.0     0.0     200 Settling Basin        6.4    30        22         3       61.9     0.0     200 Filtration               6.4    30        22         3       61.9     0.0     200 Chlorine (Gas)      6.4    29        22         3       61.9     0.0     200 Contact Tank        6.4    29        22         3       61.9     0.0     116 Lime                   9.2    60        54         3       61.9     0.0     116 WTP Effluent      9.2    60        54         3       61.9     0.0     116 Average Tap       9.2    60        54         3       61.9     0.0     111 End of System     9.2    60        54         3       61.9     0.0     116 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 5                     Predicted Trihalomethanes and other DBPs                At Average Flow ( 2.0 MGD) and Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                   BrO3­ ClO2­   TOX  |CHCl3  CHBrCl2  CHBr2Cl  CHBr3   TTHMs  Location         (ug/L) (mg/L) (ug/L)|(ug/L) (ug/L)   (ug/L)   (ug/L) (ug/L)  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                   0    0.0      0      0      0        0       0       0 Alum                      0    0.0      0      0      0        0       0       0 Soda Ash                0    0.0      0      0      0        0       0       0 Rapid Mix               0    0.0      0      0      0        0       0       0 Chlorine Dioxide     0    0.9      0      0      0        0       0       0 Flocculation            0    0.9      0      0      0        0       0       0 Settling Basin         0    0.9      0      0      0        0       0       0 Filtration                 0    0.9      0      0      0        0       0       0 Chlorine (Gas)        0    0.9      0      0      0        0       0       0 Contact Tank          0    0.9    229      8     21       38       6      74 Lime                      0    0.9    229      8     21       38       6      74 

43 

Page 44: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

WTP Effluent         0    0.9    229      8     21       38       6      74 Average Tap           0    0.9    238     10     22       41       7      80 End of System        0    0.9    229      8     21       38       6      74 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 6                      Predicted Haloacetic Acids ­ through HAA5                At Average Flow ( 2.0 MGD) and Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                     MCAA   DCAA   TCAA   MBAA   DBAA   HAA5   Location          (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                0      0      0      0      0      0 Alum                   0      0      0      0      0      0 Soda Ash             0      0      0      0      0      0 Rapid Mix            0      0      0      0      0      0 Chlorine Dioxide  0      0      0      0      0      0 Flocculation         0      0      0      0      0      0 Settling Basin       0      0      0      0      0      0 Filtration                0      0      0      0      0      0 Chlorine (Gas)       0      0      0      0      0      0 Contact Tank         3      8      8      3      8     30 Lime                      3      8      8      3      8     30 WTP Effluent         3      8      8      3      8     30 Average Tap          2      9      8      3      8     31 End of System        3      8      8      3      8     30 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                       Table 7                     Predicted Haloacetic Acids (HAA6 through HAA9)               At Average Flow ( 2.0 MGD) and InfluentTemperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                   BCAA  BDCAA  DBCAA   TBAA   HAA6   HAA9   Location         (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                 0      0      0      0      0      0 Alum                    0      0      0      0      0      0 Soda Ash               0      0      0      0      0      0 Rapid Mix             0      0      0      0      0      0 Chlorine Dioxide   0      0      0      0      0      0 Flocculation          0      0      0      0      0      0 Settling Basin       0      0      0      0      0      0 Filtration              0      0      0      0      0      0 

44 

Page 45: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Chlorine (Gas)      0      0      0      0      0      0 Contact Tank        19      2      2     24     49     78 Lime                    19      2      2     24     49     78 WTP Effluent        19      2      2     24     49     78 Average Tap         20      3      3     25     51     80 End of System       19      2      2     24     49     78 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                     Table 8            Predicted Disinfection Parameters ­ Residuals and CT Ratios            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                                CT Ratios                    Temp  pH    Cl2   NH2Cl  Ozone   ClO2  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­  Location          (C)  (­)  (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Giardia Virus Crypto  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent             25.0  7.9   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Alum                25.0  3.1   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Soda Ash           25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Rapid Mix           25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Chlorine Dioxide 25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   1.30    0.0     0.0    0.0 Flocculation         25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Settling Basin       25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Filtration              25.0  6.4   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Chlorine (Gas)     25.0  6.4   1.9    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Contact Tank        25.0  6.4   0.2    0.0   0.00   0.00  141.1   713.5    0.0 Lime                    25.0  9.2   0.2    0.0   0.00   0.00  141.1   713.5    0.0 WTP Effluent       25.0  9.2   0.2    0.0   0.00   0.00  141.1   713.5    0.0 Average Tap        25.0  9.2   0.1    0.0   0.00   0.00  141.1   713.5    0.0 End of System      25.0  9.2   0.0    0.0   0.00   0.00  141.1   713.5    0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                      Table 9                   Predicted Disinfection Parameters ­ CT Values            At Plant Flow ( 2.0 MGD) and Influent Temperature (25.0 C)   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                             Cl2     NH2Cl   Ozone   ClO2   Location             <­­­­­(mg/L * minutes)­­­­­>   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                 0.0      0.0     0.0     0.0 Alum                     0.0      0.0     0.0     0.0 Soda Ash               0.0      0.0     0.0     0.0 

45 

Page 46: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Rapid Mix              0.0      0.0     0.0     0.0 Chlorine Dioxide    0.0      0.0     0.0     0.0 Flocculation            0.0      0.0     0.0     0.0 Settling Basin          0.0      0.0     0.0     0.0 Filtration                0.0      0.0     0.0     0.0 Chlorine (Gas)       0.0      0.0     0.0     0.0 Contact Tank       713.5      0.0     0.0     0.0 Lime                   713.5      0.0     0.0     0.0 WTP Effluent       713.5      0.0     0.0     0.0 Average Tap        713.5      0.0     0.0     0.0 End of System      713.5      0.0     0.0     0.0 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                    Table 10                         Predicted Disinfection Parameters             At Peak Flow (60.0 MGD) and Minimum Temperature (5.0 C)             for Surface Water Plant with Coagulation and Filtration ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                                                               CT Ratios                    Temp  pH    Cl2   NH2Cl  Ozone   ClO2  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Location          (C)  (­)  (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Giardia Virus Crypto  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                5.0  7.9   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Alum                   5.0  3.1   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Soda Ash              5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Rapid Mix            5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.00    0.0     0.0    0.0 Chlorine Dioxide  5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   1.30    0.0     0.0    0.0 Flocculation          5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.67    3.4    24.4    0.1 Settling Basin        5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.28    3.4    24.4    0.1 Filtration                5.0  6.6   0.0    0.0   0.00   0.26    3.4    24.4    0.1 Chlorine (Gas)       5.0  6.5   1.9    0.0   0.00   0.26    3.4    24.4    0.1 Contact Tank         5.0  6.5   1.2    0.0   0.00   0.00    9.0    56.7    0.1 Lime                      5.0  9.3   1.2    0.0   0.00   0.00    9.0    56.7    0.1 WTP Effluent         5.0  9.3   1.2    0.0   0.00   0.00    9.0    56.7    0.1 Average Tap          5.0  9.3   1.1    0.0   0.00   0.00    9.0    56.7    0.1 End of System        5.0  9.3   1.0    0.0   0.00   0.00    9.0    56.7    0.1 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­     

46 

Page 47: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

                                  Table 11             Predicted Inactivation at Minimum Temperature and Peak Flow                  and DBPs at Plant Flow and Influent Temperature   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­                  _____ CT Ratios ____  Cl2   NH2Cl  ClO2­ BrO3­ TTHM  HAA5 Location         Giardia Virus Crypto (mg/L as Cl2)(mg/L) <­­­­(ug/L)­­­­> ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Influent                 0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Alum                    0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Soda Ash               0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Rapid Mix              0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.0     0     0     0 Chlorine Dioxide    0.0    0.0    0.0   0.0   0.0    0.9     0     0     0 Flocculation           3.4   24.4    0.1   0.0   0.0    0.9     0     0     0 Settling Basin         3.4   24.4    0.1   0.0   0.0    0.9     0     0     0 Filtration                3.4   24.4    0.1   0.0   0.0    0.9     0     0     0 Chlorine (Gas)       3.4   24.4    0.1   1.9   0.0    0.9     0     0     0 Contact Tank          9.0   56.7    0.1   0.2   0.0    0.9     0    74    30 Lime                      9.0   56.7    0.1   0.2   0.0    0.9     0    74    30 WTP Effluent         9.0   56.7    0.1   0.2   0.0    0.9     0    74    30 Average Tap          9.0   56.7    0.1   0.1   0.0    0.9     0    80    31 End of System        9.0   56.7    0.1   0.0   0.0    0.9     0    74    30  

  

   

E. CT Spreadsheet 

47 

Page 48: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

  48 

Page 49: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

  

F. RTW Spreadsheet  

    

    

49 

Page 50: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Design Project Responsibilities:  

  Francisco  Adam  Breeana  Haowen 

Executive Summary  ✓       

Introduction    ✓     

Source Water Quality      ✓   

Regulatory Requirements 

    ✓   

Alternative Treatment Methods 

      ✓ 

Selected Processes  ✓  ✓  ✓  ✓ 

Site Layout      ✓   

Flow Diagram        ✓ 

Hydraulic Gradeline      ✓  ✓ 

References  ✓  ✓  ✓  ✓ 

Calculations  ✓  ✓  ✓  ✓ 

Pre Sedimentation Design 

  ✓     

Rapid Mix Design    ✓     

Flocculation Design    ✓     

Sedimentation Design    ✓  ✓   

Filtration Design    ✓  ✓   

Disinfection Design        ✓ 

DBPs Management        ✓ 

Chemical Feeds Design  ✓       

Residuals Management  ✓       

Lagoons Design  ✓       

PowerPoint      ✓   

50 

Page 51: Water Treatment Plant Design CEE157B

 Group A Engineering 

Water Treatment Design Project 

Model 2.0  ✓      ✓ 

CT Spreadsheet  ✓      ✓ 

RTW Spreadsheet  ✓      ✓ 

 

51 


Recommended