Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten

Transkript

1 Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten Examensarbete av: Lovisa Larsson Oktober 2004

2 Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet Department of Water and Environmental Engineering Lunds Institute of Technology University of Lund Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten Examensarbete av: Lovisa Larsson Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Oktober 2004 Examinator: Professor Jes la Cour Jansen Handledare: Michael Ljunggren Externa handledare: Lars Gillberg och Britt Nilsson (Kemira Kemi AB) Postadress: Box Lund Besöksadress: John Ericssons väg 1 Telefon: Fax: Webbadress: 2

3 Förord Först av allt vill jag tacka min handledare Michael Ljunggren, doktorand vid Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid LTH, som har engagerat sig mycket i arbetet och som hela tiden har kommit med goda råd och uppmuntran. Försöken vid Sjölunda reningsverk hade inte varit möjliga för mig utan allt samarbete. Han har dessutom gjort studien över partikelstorleksfördelning, som återfinns i arbetet. Jag vill även tacka examinator professor Jes la Cour Jansen, för bra synpunkter. Jag vill också tacka all personal vid Kemira Kemi AB, som har engagerat sig i mitt arbete, och som gjorde tiden vid företaget mycket trivsam. Särskilt vill jag tacka Lars Gillberg för att han delat med sig av sin stora kunskap. Ett särskilt tack riktas också till Britt Nilsson för alla beräkningar och material till försöken vid Sjölunda reningsverk. Till sist vill jag även tacka Hydrotech AB för att försöken med skivfiltret blev möjliga. Hjälpen jag fick av Lars Alm förenklade försöken avsevärt. Under arbetets gång har jag fått träffa många människor och lära mig väldigt mycket. Tack! 3

4 Sammanfattning Då kraven på minskade utsläpp ökar vid reningsverken, måste nya metoder för rening av avloppsvatten utvecklas. Vid många reningsverk medför intensiva regn stora utsläpp av närsalter, eftersom en del av det inkommande vattnet måste bräddas, alltså ledas förbi utan rening, när den hydrauliska belastningen blir för hög. Vid många verk finns det inte möjlighet att bygga ut reningsstegen på grund av platsbrist och ekonomi och det finns därför ett stort behov av att hitta en platssnål, enkel och effektiv reningsmetod, som bara används vid ökade inkommande flöden. I detta arbete testades en metod där försedimenterat avloppsvatten förfälldes med metallsalt och polymerer och sedan filtrerades med hjälp av ett skivfilter. Arbetet är ett examensarbete utfört vid Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid Lunds Tekniska Högskola i samarbete med Kemira Kemi AB och Hydrotech AB. Laborationsförsök utfördes vid Kemira Kemi AB och pilotförsök vid Sjölunda reningsverk i Malmö. Arbetet är ett steg i en större studie där förfällning och skivfiltrering kombineras, vilket är en sedan tidigare obeprövad metod. Det vatten som bräddas vid reningsverk genomgår oftast försedimentering, där större partiklar avlägsnas och det innehåller därför mestadels små partiklar. För att avskilja dessa partiklar i ett skivfilter, krävs det en mycket fin porstorlek på dukarna med en låg hydraulisk kapacitet som följd. Hypotesen inför arbetet var följande: Om partiklarna i vattnet kan aggregera och bilda större flockar med hjälp av kemikalietillsats, så kan den hydrauliska kapaciteten av skivfiltret höjas eftersom porstorleken då kan ökas, och metoden blir då effektiv nog att användas för bräddvattenhantering. Med kemikalietillsats är det även möjligt att reducera löst fosfor och bakterier från vattnet. Eftersom metoden inte har använts tidigare var det inför arbetet osäkert om det var möjligt att skapa flockar med rätt förutsättningar. Laboratorieförsök utfördes för att jämföra olika kemikaliers flockningsegenskaper. För att avskiljningen ska vara lyckad i skivfiltret krävs det att de bildade flockarna är tillräckligt starka för att tåla stora skjuvkrafter utan att gå sönder. De måste dessutom vara större än filtermaskorna för att inte passera filterdukarna och ha en kort uppbyggnadstid för att de ska hinna bildas i flockningstankarna innan filtret. Med analysinstrumentet PDA2000 kan olika flockningsegenskaper hos koagulanter studeras och instrumentet bedömdes vara lämpligt att använda för val av kemikalie till skivfiltret. PDA-instrumentet var relativt okänt när arbetet startades, eftersom det inte hade använts tidigare vid Kemira Kemi AB. Laborationsförsökens syfte var att utvärdera instrumentets möjligheter och begränsningar vid flockningsstudier i allmänhet, samt att om möjligt använda resultaten som underlag till val av kemikalier vid pilotförsöken. Vid mätning med PDA2000 sker ett flockningsförsök i en enlitersbägare, där Kemira Kemwaters omrörare Flocculator 2000 används, samtidigt som provet pumpas genom en smal gummislang förbi en mätcell och sedan tillbaka till bägaren. PDAinstrumentet mäter turbiditeten på det flödande provet och när de bildade flockarna passerar mätcellen varierar mätsignalen. Denna variation utnyttjas för att bestämma 4

5 den relativa flockstorleken. Genom att variera propellerhastigheten under försökets gång kan följande jämförelser mellan olika koagulanter och ph-värden göras: tid för flockarna att börja växa till tillväxthastighet flockstorlek flockstyrka flockarnas förmåga till återbildning efter sönderslagning De parametrar som ansågs vara viktigast vid val av kemikalie till filtret var den initiala flockbildningen, skjuvtåligheten och det ph-intervall där flockningen fungerar. Eftersom PDA2000 inte hade använts tidigare vid Kemira Kemwater, var det viktigt att olika inställningar av instrumentet kunde testas. Dessutom var det viktigt att försökskemikalierna jämfördes under samma förutsättningar. Avloppsvatten ändrar karaktär beroende på dag och tid på dygnet, vilket gör det olämpligt att använda vid försöken. Istället användes tillblandat syntetiskt avloppsvatten. Vid laborationsförsöken jämfördes sex av Kemira Kemwaters produkter, PAX-18, PAX-XL60, PAX-10, PAX-XL3, PAX-XL9 och PAX-XL13. Det som skiljer produkterna åt är molkvot och typ av ligand. Försöken med PDA2000 visade att PAX-XL13 sammantaget hade bäst flockningsegenskaper. Flockarna som bildades var stora, de var skjuvtåliga, flockningen startade snabbt efter tillsatsen, och ph-intervallet var fullt tillräckligt för flockning i avloppsvattnet. PAX-XL60 visade svagast flockningsegenskaper, vilket var förvånande. Till skivfiltret valdes PAX-XL13, PAX-XL1 och även PAX-XL60. Anledningen till att PAX-XL60 togs med till pilotförsöken trots de dåliga resultaten, var att produkten har visat goda flockningsegenskaper i andra sammanhang och att den var lätt att få stora mängder av, eftersom den tillverkas vid Kemira Kemi AB. Uppställningen vid pilotförsöken var följande: Det försedimenterade vattnet fick passera två inblandningstankar innan de nådde skivfiltret. Volymen på tankarna var ungefär en kubikmeter vardera, och den totala uppehållstiden blev cirka fem minuter vid ett vattenflöde på 20 m 3 /h. Metallsaltet doserades lämpligast i ledningen till den första flockningstanken. Poröppningen på dukarna var antingen 20µm eller 40µm. Till början av försöken användes PAX-XL60 för att olika inställningar av utrustningen skulle testas. PAX-XL60 visade sig inte ge tillräckligt starka flockar för att avskiljningen skulle bli lyckad. Flockarna som bildades i tankarna slogs sönder mot filterdukarna och en tydlig flockåterbildning kunde skönjas i det utgående vattnet. För att skapa starkare flockar testades olika kombinationer av polymerer. Katjonspolymererna Cytec 577 och Zetag 7878 testades tillsammans med PAX-XL60, precis som anjonspolymeren Fennopol A392. En kombination mellan PAX-XL60, Zetag 7878 och Fennopol A392 testades även. Fullskaleförsök utfördes även med PAX-XL13 och PAX-XL1. 5

6 Det blev inte någon lyckad avskiljning vid någon av kemikaliekombinationerna. Avskiljningen blev aldrig så bra att en tydlig skillnad mellan det ingående och utgående vattnet kunde ses och därför analyserades inte heller några prover. Några slutsatser kunde ändå dras från pilotförsöken. PAX-XL60 fungerade bättre än både PAX-XL1 och PAX-XL13 trots motsatta resultat vid labbförsöken. Den bästa flockbildningen var vid kombinationen PAX-XL60 och Fennopol A392. Vid denna kombination bildades tydliga flockar och det blev en tydlig klarfas i vattnet. Dessvärre klarade flockarna inte skjuvkrafterna mot filterdukarna. Eftersom försöken vid skivfiltret endast var början i en större studie är det för tidigt att säga att processen inte fungerar. En rad olika inställningar kan förbättras inför kommande försök. Vid försöken i detta arbete fanns det ingen omrörare i tankarna, eftersom turbulensen skulle skapa tillräcklig omrörning. Skivfiltret visade sig inte klara höga vattenflöden och med lägre flöden blev omrörningen dålig i tankarna. Det är dessutom möjligt att uppehållstiden för flockningen behöver vara annorlunda än i försöken. Med en extra omrörare skulle flockningen kunna fungera även vid lågt flöde. Doseringen var svår att fininställa och vid låga vattenflöden blev doseringen väldigt hög. Även detta borde lösas inför fortsatta försök. Laboratorieförsöken gav bäst resultat för PAX-XL13 och sämst för PAX-XL60. Vattnet som försöken utfördes på var möjligtvis för olikt det försedimenterade vattnet vid Sjölunda reningsverk. I det här arbetet var det dock nödvändigt att använda det syntetiska avloppsvattnet för inkörning och test av instrumentet. Enligt resultatet i det här arbetet är det inte lämpligt att använda PDA2000 för val av kemikalier till skivfiltret. De skjuvkrafter som skapades i skivfiltret är antagligen mycket större än de som mäts med PDA-instrumentet. Däremot kan det användas som komplement för att hitta en kemikalie med till exempel snabb flocktillväxt. PDA2000 kan dock tänkas vara användbart i andra sammanhang, eftersom en tydlig skillnad mellan olika produkter lätt kunde studeras och åskådliggöras. Ytterligare försök behöver utföras vid skivfiltret för att dess möjligheter till bräddvattenhantering ska kunna bedömas. 6

7 Innehållsförteckning FÖRORD...3 SAMMANFATTNING...4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING INLEDNING OCH BAKGRUND...9 AVLOPPSVATTENS KOMPOSITION OCH EGENSKAPER...9 AVSKILJNING AV NÄRINGSÄMNEN...9 BRÄDDNING...9 LABORATIONSFÖRSÖK MED PDA SYFTE RAPPORTUPPLÄGG EXEMPEL PÅ BEFINTLIGA METODER FÖR BRÄDDVATTENHANTERING...13 RYAVERKETS PROBLEM MED BRÄDDVATTEN BESKRIVNING AV HYDROTECHS SKIVFILTER...16 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN...16 TEKNIK AVSKILJNING AV NÄRINGSÄMNEN I SKIVFILTRET...17 PARTIKELSTORLEK...17 FLOCKNING...18 UPPSTÄLLNING AV FÖRSÖKSANLÄGGNING ANALYSMETOD AV FLOCKNINGSPROCESSEN...20 PDA TILLREDNING AV SYNTETISKT AVLOPPSVATTEN...25 VALDA KEMIKALIER FÖR ANALYS INSTÄLLNINGAR AV OLIKA PARAMETRAR...27 VIKTIGA PARAMETRAR ATT STUDERA INFÖR SKIVFILTRET...27 INSTÄLLNINGAR AV PDA2000 INFÖR KOMMANDE LABBFÖRSÖK...27 INSTÄLLNINGAR AV ÖVRIG UTRUSTNING...28 FÖRSÖK MED OLIKA INSTÄLLNINGAR...29 VALDA INSTÄLLNINGAR RESULTAT FRÅN PDA-MÄTNINGARNA...33 GRAFER FRÅN MÄTSERIER...33 JÄMFÖRANDE MELLAN KEMIKALIERNA...36 SAMMANFATTNING AV FÖRSÖKEN OCH VAL AV KEMIKALIE KOMPLETTERANDE FÖRSÖK MED PAX-XL60, PAX-XL1 OCH PAX-XL RESULTAT FRÅN PDA-MÄTNINGARNA...43 FÖRSTÄRKNING AV FLOCKAR MED HJÄLP AV AKTIVERAT VATTENGLAS FÖRSÖK MED KOMBINERAD FÄLLNING OCH FILTRERING MED SKIVFILTER PÅ SJÖLUNDA RENINGSVERK...46 INSTÄLLNINGAR AV UTRUSTNING...46 FLÖDE...46 FILTERDUKAR...47 DOSERPUNKT...47 OMRÖRARE VID DOSERPUNKTEN...47 INSTÄLLNING AV KEMIKALIEDOSERING OCH VATTENFLÖDE...48 POLYMERTILLSATS

8 FÖRHÅLLANDE VID FÖRSÖKEN...48 ANALYS AV PROVEN...48 FÖRSÖK MED PAX-XL60-DOSERING...48 FÖRSÖK MED KOMBINERAD PAX-XL60 OCH KATJONSTILLSATS...50 FÖRSÖK MED PAX-XL60 OCH ANJONSPOLYMER...50 FÖRSÖK MED PAX-XL60, KATJONSPOLYMER OCH ANJONSPOLYMER...51 FÖRSÖK MED PAX-XL1 OCH PAX-XL FÖRSÖK MED ANDRA KEMIKALIER ERFARENHETER FRÅN FÖRSÖKEN VID SKIVFILTRET FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR VID FORTSATTA LABORATORIEFÖRSÖK DISKUSSION...55 NYTTAN AV LABORATORIEFÖRSÖKEN FÖR VAL AV KEMIKALIE...55 SAMMANFATTNING AV LABBFÖRSÖKENS BETYDELSE FÖR FÖRSÖKEN VID SKIVFILTRET...56 AKTIVERAT VATTENGLAS...57 ANVÄNDNING AV PDA-INSTRUMENTET I ANDRA SAMMANHANG...57 SKIVFILTRETS FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BRÄDDVATTENHANTERING SLUTSATSER...59 LITTERATUR...60 INTERNETKÄLLOR

9 1 Inledning och bakgrund När utsläppskraven skärps för hur mycket näringsämnen kommunala reningsverk får släppa ut, kommer många verk att få problem med att klara gränsvärdena. Många verk tvingas vid intensiva regn låta stora mängder vatten passera reningsverket efter endast begränsad rening. Det finns ett stort intresse hos många reningsverk att hitta en metod att rena detta så kallade bräddvatten för att minska utsläppen. Detta examensarbete, som är resultatet av ett samarbete mellan Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid Lunds Tekniska Högskola, Kemira Kemi AB och Hydrotech AB, kan ses som ett första steg i ett projekt att med hjälp av deltagande företags produkter finna en effektiv lösning på problemet. Avloppsvattens komposition och egenskaper Avloppsvatten innehåller närsalter, sjukdomsframkallande mikroorganismer och organiskt material, som man vill avskilja innan det leds ut till recipienten. Vattnet består av spillvatten från hushåll och industri, av grundvatten, som läcker in i ledningarna, samt av regn- och smältvatten. Vattnets komposition och koncentration varierar med andra ord med plats, årstid och tid på dygnet. (Gillberg, et.al. 2003) Nedbrytande mikroorganismer, framför allt bakterier, använder syre vid nedbrytning av organiska ämnen. När mycket organiska ämnen passerar reningsverket, drabbas recipenten således av syrebrist. Om närsalterna, fosfor och kväve, inte avskiljs i reningsprocessen drabbas recipienten av eutrofiering och till exempel algtillväxt gynnas. På grund av de oönskade egenskaperna med avloppsvatten vill man ha en så effektiv rening i reningsverket som möjligt. (ibid.) Avskiljning av näringsämnen I reningsverket genomgår vattnet olika reningssteg, där näringsämnena avskiljs. Ett konventionellt reningsverk drivs ofta på följande vis: Stora partiklar och skräp avskiljs först med hjälp av galler och tyngre partiklar avskiljs i sandfång. Efter den mekaniska reningen följer försedimentering, där de sedimenterbara partiklarna avskiljs innan vattnet går vidare till biologisk nedbrytning. Vid den biologiska reningen reduceras kvävet och de organiska ämnena bryts ner. Även fosfor kan avskiljas biologiskt, men avskiljningen sker oftast genom kemikaliefällning vid något av de övriga stegen. Reningen av avloppsvatten avslutas med att det bildade slammet får sedimentera och avskiljas från vattnet, som leds till recipienten. (ibid.) Bräddning Vid intensiva regn skapas stora flöden och när de överstiger den hydrauliska kapaciteten vid verket, bräddas den överskjutande flödesmängden och går orenad ut i recipienten. Mängden bräddvatten vid ett enskilt verk beror på nederbördsmängden, hur stor andel av regnvattnet som leds till reningsverket samt på verkets kapacitet och förmåga att lagra överskjutande vattenmängder. Om bräddning är vanligt förekommande, innebär det stora utsläpp av näringsämnen till recipienten. 9

10 Utsläppskraven kommer att öka på reningsverken, och när stora delar av till exempel fosforutsläppet kommer från bräddning, är det naturligt att titta på reningsmetoder för detta vatten. (Mattson och Gingsjö, 2003) En enkel lösning är att lagra överskjutande flödesmängder i utjämningsbassänger, för att rena vattnet vid lägre inkommande flöden, men de är dyra att konstruera och det råder ofta platsbrist på verken. Eftersom vattenflödet till reningsverket plötsligt kan överstiga den hydrauliska kapaciteten, krävs en metod med snabb respons. Det finns därav ett intresse att hitta en platssnål och effektiv metod och som enkelt kan ställas av och på, för att man i framtiden ska kunna rena det vatten, som annars passerar reningsverket efter begränsad rening. Metod att ta hand om bräddvatten I arbetet har en metod, som bygger på en kombination av förfällning och filtrering testats. Fällnings- och flockningsförsök utfördes på Kemira, Helsingborg för att välja den kemikalie, som bäst kan kombineras med det skivfilter som HYDROTECH AB tillverkar. Kombinerade försök utfördes sedan vid Sjölunda reningsverk i Malmö. Det är viktigt att hitta den kemikalie, som har rätt egenskaper, för att kombinationen förfällning och skivfiltrering ska fungera. Inblandningen av kemikalie kommer att ske i tankar och eftersom bräddvattenhanteringen måste ha snabb respons är det av stor vikt att flockarna bildas snabbt. Flockarna måste vara så stora att de inte passerar öppningarna i filterduken och så starka att de inte faller sönder av de påfrestningar som uppstår. Eftersom ph-värdet på avloppsvatten varierar är det dessutom viktigt att den valda kemikalien fungerar inom det ph-intervall, som vattnet kan antas ha. Bräddvatten innehåller många små partiklar, vilka hade kunnat avlägsnas från vattnet utan förfällning vid en tillräckligt fin porstorlek på filterdukarna. Anledningen till att vattnet förbehandlas med fällningskemikalier är att de aggregerade partiklarna kan avlägsnas med större porer, vilket medför att skivfiltret klarar en ökad hydraulisk belastning. Laborationsförsök med PDA2000 När de kemikalier som ska kombineras med filtret ska väljas, är det viktigt att hitta rätt flockningsegenskaper. Parametrarna tillväxthastighet, flockstorlek och flockstyrka antogs vara viktiga, men de analyseras sällan i laboratorium. För att utvärdera de önskade egenskaperna i detta arbete användes PDA2000 (Photometric Dispersion Analyzer), som är tillverkat av Rank Brother Ltd. Med hjälp av en kontinuerlig mätning av turbiditeten på provet under flockningens gång, kan olika tolkningar göras. PDA-instrumentet har inte använts tidigare i samma ändamål som i detta arbete och vid Kemira Kemi AB var det första gången det används över huvudtaget. Vid laborationsförsöken testades olika inställningar av PDA2000 och en stor del av arbetet var att utvärdera PDA-instrumentets funktion vid flocknings- och fällningsstudier. Resultatet från PDA-instrumentet användes vid val av kemikalier till skivfiltret om möjligt. 10

11 Syfte Syftet med arbetet är att studera och utvärdera PDA-instrumentets funktion vid flockningsstudier, samt att med hjälp av resultaten från laborationerna välja lämpliga kemikalier till förfällning innan skivfiltrering. Syftet är även att studera reningsgraden av bräddvatten vid förfällning och skivfiltrering. 11

12 2 Rapportupplägg Arbetet kan delas in i två olika delar. I den ena delen utvärderas PDA-instrumentet samtidigt som en rad olika flockningsegenskaper hos olika kemikalier testas. I den andra delen används några av de kemikalier, som testats i labb, för att studera avskiljningsgraden vid förfällning och skivfiltrering. Pilotförsöken med skivfiltret är början på en större studie och tyngdpunkten i detta arbete ligger på laboratorieförsöken. Arbetets upplägg visas nedan. Exempel på befintliga metoder för bräddvattenhantering Beskrivning av den bräddvattenhantering som studeras i detta arbete. Hydrotechs skivfilter beskrivs tillsammans med en kort genomgång av teorin bakom fällning och flockning. Laboratorieförsök I detta avsnitt presenteras analysapparaten, PDA2000. Mätmetoden förklaras, labbförsöken beskrivs och resultatet från en körning redovisas. Syftet med detta kapitel är att hitta rätt inställningar inför fortsatta försök samt att testa PDAinstrumentets egenskaper vid flockningsstudier. Resultat från laboratorieförsöken Resultaten från labbförsöken presenteras och några kompletterande försök beskrivs tillsammans med resultaten från dem. De olika kemikalierna utvärderas och några väljs inför kommande försök vid skivfiltret. Försök vid skivfiltret Efter en genomgång av möjliga inställningar vid skivfiltret följer en beskrivning av försöken samt resultaten från dem. Förslag till förbättringar vid fortsatta försök Diskussion och slutsats 12

13 3 Exempel på befintliga metoder för bräddvattenhantering Enligt VA-FORSK:s rapport från 2000, där 103 reningsverk fick svara på ett antal frågor, uppgår flödet av bräddvatten till 0,27 % av det totala inkommande flödet vid reningsverken. (Ytterligare vatten bräddas från ledningsnäten innan vattnet når reningsverken.) Problemet med bräddvatten finns vid enskilda reningsverk, där bräddvattenmängden kan uppgå till 10 % av det totala flödet. (Hernebring, et.al., 2000) I följande avsnitt beskrivs Ryaverkets problem med bräddvatten och olika alternativ för att lösa problemet. Ryaverket är ett bra exempel på ett verk med stora bräddvattenproblem, som lider av platsbrist och som därför måste hitta nya vägar att lösa problemet på. Då inget annat anges används Gryaabs rapport från 2003, Bräddvattenbehandling alternativ (Mattson och Gingsjö, 2003) som textkälla i följande kapitel. Ryaverkets problem med bräddvatten Vid Ryaverket i Göteborg har man problem med att fosforhalten i det utgående vattnet ofta är för hög. Tidigare undersökningar har visat att stora delar av fosforutsläppet kommer under nederbördsrika år från bräddning av försedimenterat vatten. I Miljööverdomstolens dom från anges det att Gryaabs samlade utsläpp från och med 2005 högst får innehålla 0,4 mg P/l som riktvärde och kvartalsmedelvärde, samt som gränsvärde och årsmedelvärde. Från och med 2007 höjs kravet och fosformängden kommer då inte få överstiga 0,3 mg/l vatten. År 2000 och 2002 var årsmedelvärdet 0,49 mg P/l vatten. För att komma till rätta med de höga fosforutsläppen testades och utvärderades olika fällningsmetoder för behandling av bräddvattnet. Gemensamt för de olika metoderna är att de kan ställas på när flödesmängden övergår verkets kapacitet och av vid lägre flöden, vilket minimerar driftskostnaderna Bräddvattendata för Ryaverket, 2002 År 2002 var antalet bräddningstillfällen (dagar) på Ryaverket 56 stycken, och medelflödet på bräddvattnet var 0,31 m 3 /s, medan inkommande medelflöde till verket låg på 3,79 m 3 /s. Allt vatten som bräddades år 2002 var försedimenterat. Fosforinnehållet hos bräddvattnet var i medelvärde 2,28 mg/l. ( ) Krav på fällningsmetoden Efter beräkningar kommer man i rapporten fram till att anläggningen för bräddvattenhantering bör reducera fosforhalten till 0,4 mg P/l vatten och att flödeskapaciteten bör vara 3 m 3 /s för att metoden ska vara effektiv. Det är möjligt att vattenmängden till verket kommer öka i framtiden. På Göteborgs VA-verk beräknar man att antalet vattenabonnenter ökar med ca 2 % per år, men vattenförbrukningen väntas inte stiga lika mycket, eftersom vattensparande åtgärder har vidtagits. Man räknar dessutom med att växthuseffekten kan komma att ge ökande 13

14 regnmängder, vilket leder till högre flöden. Man beräknar därför med att det måste finnas möjlighet att bygga ut anläggningen till 4-6 m 3 /s. Användning av Actiflo på Gässlösa Reningsverk En av de metoder som utvärderades vid Ryaverket är Actiflo-processen, vilken är en befintlig metod för bräddvattenhantering, som kombinerar en mekanisk och kemisk fällningsprocess. På Gässlösa Reningsverk i Borås kommun hade man tidigare svårt att klara fosforkraven på det utgående vattnet. Efter försök med Actiflo valdes den metoden, eftersom Actiflo visade sig klara utsläppskraven med marginal även vid höga vattenflöden. På Gässlösa Reningsverk används processen till efterpolering av renat avloppsvatten och till att rena en del av vattnet vid stora inkommande vattenflöden. ( ) Teknik bakom Actiflo Vid Actiflo-processen blandas först en metallsalt med vattnet i en koagulationsbassäng. Vattnet går sedan över till en injektionsbassäng, där en polymer och mikrosand tillsätts till vattnet, för att göra flockarna kompakta och tunga. Efter att flockarna växt till i en mognadsbassäng får flockarna sedimentera med hjälp av lameller. Sanden separeras från slammet och återvinns medan slammet går ut via ett utlopp. ( ) Figur 3.1 är en principskiss över hur Actiflo fungerar. Figur 3.1 Principskiss över Actiflo. Källa: Fördelar med Actiflo Fördelen med Actiflo är bland annat att den är platsbesparande. På Gässlösa reningsverk polerar den samma mängd vatten som det befintliga kemsteget med endast 1/8 av kemstegets areal och den hydrauliska belastningen kan vara över

15 m 3 /h med godkänt reningsresultat. Den totala volymen på Actiflo-anläggningen vid reningsverket är 274 m 3. ( ) Den är även lätt att starta upp på några minuter, vilket är en stor fördel vid behandling av bräddvatten. Den totala uppehållstiden för vattnet ligger på 5-15 minuter och Actiflo klarar av stora skillnader i flöde, vilket är en förutsättning vid bräddvattenhantering. ( ) Utvärdering av Actiflo vid Ryaverket Vid pilotförsöken på Ryaverket uppskattades att fosforinnehållet i utgående vatten skulle vara 0,28 mg P/l vid en bräddvattenbehandling på 6 m 3 /s med Actiflo. Kemslammet, som separeras från microsanden och lämnar Actiflo-anläggningen, är tunt och för att ta hand om detta kemslam separat hade det krävts stora förtjockarvolymer och investeringar i förtjockningsmaskiner. En alternativ metod hade varit att leda slammet till försedimenteringsbassängerna där det kunde tas om hand tillsammans med övrigt slam. Enligt rapporten som gjordes vid Ryaverket finns det risk att Actiflo-anläggningen kan berikas med sand med för grov fraktion om sandavskiljningen fungerar dåligt i föregående steg. Om inkommande sand däremot är av rätt fraktion (0,18 mm) kan sandförbrukningen minskas. Om förlusten av sand från Actiflo-processen är stor finns det risk att det blir erosionsslitage på övriga anläggningsdelar. Andra alternativ vid Ryaverket Vid Ryaverket finns det möjlighet att använda upp till sex försedimenteringsbassänger som kan delas upp och användas för bräddvattenbehandling. Förutom bräddvattenbehandling med Actiflo, studerades även effekten av direktfällning i upp till sex försedimenteringsbassänger. Vid direktfällning blir ytbelastningen 3,75 m/h vid ett flöde av 2 m 3 /s. För att få en god inblandning av kemikalier tillsattes metallkoagulanten innan pumpen och polymeren precis innan inloppet till bassängen. Direktfällningen kan med fördel kombineras med en ny fingalleranläggning och sandfång. Kemikalieinblandningen och flockningen, som är det kritiska i processen, visade sig fungera bra vid pilotförsöken. Reningsresultatet vid direktfällning blir 0,35-0,45 mg P/l. Kapaciteten på direktfällningen kan ökas genom till exempel installation av lameller i sedimentationsbassängerna. Resultat av studien Fördelen med direktfällning är att den har lägst årskostnad, eftersom investeringen är låg och driftstiden endast är en bråkdel av årets timmar. Dessutom är kravet på underhåll lägre för direktfällning än för Actiflo och metoden med direktfällning föreslås därför för bräddvattenbehandling. 15

16 4 Beskrivning av Hydrotechs skivfilter Användningsområden Skivfiltret som används för rening av bräddvatten är tillverkat av Hydrotech AB, Vellinge. Hydrotech Skivfilter används idag till bland annat partikelavskiljning av intagsvatten från ytvattentäkter, efterpolering av avloppsvatten, partikelavskiljning i recirkulerade fiskodlingar och filtrering av avloppsvatten från livsmedelsindustri. I Nakskov i Danmark används även skivfilter för att ta hand om det vatten som bräddas från avloppsledningar innan vattnet når reningsverket. ( ) I detta arbete ska filtret testas på försedimenterat vatten vid Sjölunda reningsverk. Hydrotechs skivfilter har inte använts på samma sätt tidigare och försöken syftar till att undersöka ett möjligt användningsområde för framtiden. Teknik Skivfiltret är uppbyggt av diskar, vardera bestående av tolv segment med filterdukar, monterade på båda sidor. Vid normal drift är 60 % av filtret nedsänkt i vattnet, som strömmar med hjälp av självfall via centrumtrumman till filtersegmenten. Filteröppningen på dukarna kan väljas till µm. ( ) Med högre porstorlek ökar flödeskapaciteten. Nackdelen är dock att fler partiklar passerar filterdukarna, vilket leder till sämre avskiljning. När vattnet filtreras genom filterdukarna sätts de igen av partiklar, som fastnar på duken. Då tryckfallet över duken överstiger 300 mm startar bakspolning av det roterande filtret och det avlägsnade slammet går ut via ett utlopp. ( ) Bakspolningen av filtret sker med högt tryck och som spolvatten används en del av det filtrerade vattnet. Figur 4.1 visar funktionen av ett skivfilter Inlopp till centrumtrumman 2. Filtrering av avloppsvattnet 3. Bakspolning av filterdukarna 4. Utlopp av filtratet 5. Utlopp av det filtrerade vattnet Figur 4.1 Skivfilter tillverkat av Hydrotech 16

17 5 Avskiljning av näringsämnen i skivfiltret Det är framför allt fosfor som man vill reducera från bräddvatten, eftersom fosfor har en eutrofierande effekt på recipienten. Mycket av fosforn är partikelbundet i bräddvattnet och med en reduktion av suspenderat material följer en minskning av fosfor. Vid en avskiljning av partiklar, får man med andra ord en minskning av näringssalter. Partikelstorlek Det vatten, som vanligtvis bräddas vid ett reningsverk och som når skivfiltret vid försöken, är försedimenterat. För att partiklar ska kunna sedimentera inom rimlig tid krävs det att de har en storlek på minst 100 µm. Sedimenterbarheten beror även på densiteten och formen på partiklarna. (Gillberg, et.al, 2003). När vattnet når skivfiltret kommer många av partiklarna att vara mindre än 100 µm, beroende på hur väl sedimenteringen i bassängerna har fungerat. Vid försöken på Sjölunda reningsverk testades filterdukar med poröppningen 20 µm eller 40 µm. Vid försök utan förfällning är det partiklar, med storleken 20/ µm, som i första hand separeras från vattnet. Filtret avlägsnar emellertid även en del mindre partiklar, eftersom poröppningarna blir mindre när filtret sätts igen av de ej avspolade partiklarna. Porstorleken på dukarna valdes till 20 och 40 µm för att det bedömdes vara lämpligt vid försökens start. Partikelstorleksfördelning vid Sjölunda reningsverk Försedimentering Teoretisk partikelvolym (%) Partikelstorlek (µm) Figur 5.1 Teoretisk partikelvolym i försedimenterat vatten. Med hjälp av en partikelstorleksfördelningsstudie kan en uppskattning göras över avskiljningen i filtret vid olika porstorlek på dukarna. Figur 5.1 illustrerar partikelvolymen i försedimenterat vatten. Partiklarna har antagits vara sfäriska och alla partiklar inom ett och samma storleksintervall har antagits vara lika stora. 17

18 Provet späddes kraftigt med filtrerat avloppsvatten innan analys, vilket minskade tillförlitligheten på resultatet. Slutsatsen från studien är att en stor del av partiklarna är mindre än 20 µm, vilket är den mindre porstorleken på filterdukarna. Vid 40 mikronsdukar blir avskiljningen mycket låg, ungefär 5 %, vid 20 mikronsdukar blir den teoretiska avskiljningen ungefär 40 %. Det finns två olika alternativ för att åstadkomma en bättre avskiljning i filtret än 5 respektive 40 %. Det ena alternativet är att använda sig av dukar med porstorleken 10 µm och det andra alternativet är att aggregera de små partiklarna till större så kallade flockar. Nackdelen med att minska porstorleken på dukarna är att den hydrauliska kapaciteten minskar, eftersom motståndet i filtret ökar. Om flockningen fungerar väl och porstorleken på filterdukarna kan vara större blir reningsmetoden mer effektiv i och med den högre kapaciteten på vattenflödet. Den andra fördelen med flockning är den fosfor, som är löst i vattnet fälls ut och därmed kan avlägsnas. Flockning Med hjälp av metallsaltstillsats kan större aggregat bildas av de små partiklarna, vilket möjliggör en förbättrad separation i skivfiltret. Destabilisering Partiklarna i avloppsvatten är i regel negativt laddade på ytan och de repellerar därmed varandra. Då aluminiumsalt tillsätts avloppsvattnet kommer de positivt laddade metallhydroxidjonerna reagera med partiklarna och laddningsneutralisera dem, så kallat destabilisera dem. När partiklarna är destabiliserade kan de vid kollision bilda större aggregat, som är möjliga att avskilja i filtret. (Gillberg, et.al, 2003) Aluminiumhydroxidbildning Aluminiumjonerna kommer emellertid även att reagera med vattnet i lösningen, eftersom sannolikheten att aluminium ska träffa på en vattenmolekyl först är mycket stor. När vatten och aluminium reagerar bildas aluminiumhydroxider, AlOH 2+, Al(OH) 2 + och Al(OH) 3. Aluminiumhydroxidernas laddning är beroende av ph och med hjälp av vätebindningar binds molekylerna till varandra och kluster bildas, som, när de har fått växa till, bildar synliga flockar. Med hjälp av aluminiumhydroxid kan de negativt laddade partiklarna i avloppsvattnet avlägsnas, om än inte lika bra som med aluminiumjoner. När koagulanten tillsätts är det viktigt att den doseras vid hög turbulens, så att aluminiumjonerna i största möjliga mån reagerar med föroreningarna istället för med vatten. (Gillberg, et.al, 2003) Nedbrytning av flockar Bildade flockar klarar endast vissa påfrestningar innan de bryts sönder. Om skjuvkrafterna på flockarna blir för stora kan de brytas ner till mindre flockar, med en jämn storleksfördelning. Följden kan också bli att mindre partiklar eroderar från ytan på flocken. Hur stor påverkan krafterna har på flockarna beror till stor del på antalet bindningar per partikel. Polymerer med långa kedjor som håller ihop partiklarna ger 18

19 starka flockar, medan inorganiska metallsalter ofta ger svagare flockar. (Yukselen, 2002) Uppställning av försöksanläggning Figur 5.2 visar en skiss över hur kemikalierna doserades och hur vattnet transporterades till skivfiltret. Tankarnas volym är ungefär 1m 3 vardera. Eftersom det fanns tre möjliga doserpunkter är det möjligt att dosera både metallsalt och polymer. Figur 5.2 Principskiss över försöksanläggningen. Val av kemikalier till skivfiltret För att den bästa kemikalien eller kombinationen av kemikalier skulle kunna bestämmas innan försöken vid skivfiltret startade, gjordes analyser i labb. Det uppstår starka skjuvkrafter i skivfiltret som flockarna måste klara för att de inte ska slås sönder mot filterdukarna. Dessutom måste de vara större än poröppningarna och ha en kort uppbyggnadstid, eftersom uppehållstiden i inblandningstankarna innan filtret endast är ett par minuter. På vägen mellan tankarna och skivfiltret kan flockarna dessutom slås sönder. PDA2000 användes i labb för att undersöka om det är möjligt att med instrumentet analysera de viktiga parametrarna. Jämförelser kan med hjälp av PDA2000 göras mellan olika prov med hänseende på följande: tid för flockarna att börja växa till tillväxthastigheten flockstorleken flockstyrkan flockarnas förmåga till återbildning efter sönderslagning.. I följande kapitel beskrivs tekniken och användandet av PDA

20 6 Analysmetod av flockningsprocessen För att uppskatta hur väl flockningsprocesser fungerar används ofta den så kallade bägarmetoden. Vid de försöken tillsätter man koagulant till ett enlitersprov under kraftig omrörning i en bägare. Flockarna får sedan bildas och sedimentera under givna förhållanden. Med hjälp av denna metod kan man fastställa optimal dosering av koagulant, temperatur, omrörning och ph-värde, för att reningsgraden ska bli så hög som möjligt. Nackdelen med denna metod är att flockningsprocessen inte kan följas kontinuerligt utan den får utvärderas i efterhand genom att mäta till exempel turbiditeten i provet, efter att flockarna har sedimenterat. För att hitta den kemikalie, som bäst kan kombineras med ett skivfilter, är det viktigt att även titta på parametrar som flockuppbyggnad och hållfasthet hos flockarna. Gregory och Nelson utvecklade en metod 1986, där både uppbyggnadsprocessen och hållfastheten av flockar kan mätas (Gregory, 2003). Denna metod har inte använts i samma ändamål tidigare och inför detta arbete var det därför osäkert hur resultaten kan användas. Metoden har heller inte använts förr vid Kemira Kemi AB och en stor del av arbetets syfte var att testa olika inställningar av instrumentet och utvärdera trovärdigheten av resultaten. PDA2000 Vid analys med hjälp av Gregory och Nelsons teknik får en del av provet flöda genom en 3 mm tjock gummislang förbi en mätcell, samtidigt som koagulering sker i en bägare. Flockarnas tillstånd kan således mätas kontinuerligt, och denna mätmetod ansågs därför vara lämplig för att välja den kemikalie, som bäst kan kombineras med skivfiltret. Den kommersiella versionen av tekniken heter PDA2000 (Photometric Dispersion Analyzer) och den säljs av Rank Brother Ltd, UK. En beskrivning av tekniken följer nedan och en schematisk bild av uppställningen visas i Figur 6.1. Figur 6.2 visar hur provet flödar förbi mätcellen. Figur 6.1 Schematisk bild av hur vattnet pumpas runt vid mätning med hjälp av PDA2000. (Källa: ) 20

21 Figur 6.2 Bild av hur provet passerar mätcellen. (Källa: ) Mätteknik Det ljus, som transmitteras genom det flödande provet, mäts med hjälp av en detektor och signalen, som ges i volt, delas upp i två komponenter. Medelintensiteten av det transmitterade ljuset får benämningen dc-signal och den ger ett relativt mått på turbiditeten i vattenprovet. Då det finns partiklar i provet, som passerar ljuskällan, kommer signalen att variera. Denna fluktuation kring medelvärdet anges som acsignal och den beror av storleken och koncentrationen av partiklar i provet. Acsignalen, som är i storleksordningen millivolt, förstärks med önskad faktor och rms, root mean square beräknas. Flocculation Index, FI, erhålls genom att rms divideras med dc-signalen och ett relativt mått på flockarnas storlek i provet fås. Då det inte finns några partiklar i provet eller något flöde förbi ljuskällan, kommer det inte att ske någon variation av den signal, som detektorn mäter, vilket medför att rms blir lika med noll och därav även FI. (Gregory, 2003) Figur 6.3 visar signalens utseende. Figur 6.3 Signal från PDA-mätning (Källa: ) 21

22 Figur 6.4 visar hur den signal, som erhålls vid mätning med PDA2000, används för att följa flocknings- och dispersionsprocesser. Signalen omvandlas till FI på följande vis: dc-signal FI=rms/dc signal ac-signal förstärkning rms Figur 6.4 Omvandling av mätsignalen från PDA2000. Resultat som erhålls från mätningar Rms-signalen är beroende av medelantalet suspenderade partiklar och deras storlek i lösningen. Om partiklarna i provet är relativt likformiga är det möjligt att uppskatta storleken på dem, men den huvudsakliga användningen av PDA2000 är att mäta flocknings- och dispersionsprocesser. ( ) Kvoten mellan rms och dc ger en känslig mätning av flockarna i provet, eftersom det finns en stark empirisk korrelation mellan FI och flockstorleken; då flockar växer till ökar FI och vice versa. (Yukselen et al, 2002) Utförande av labbförsök Försöken i detta arbete är inspirerade av artikeln Breakage and re-formation of alum flocs, publicerad 2002 och skriven av Yukselen et al. När en koagulant ska analyseras tas en mätserie med PDA2000 upp och en kurva erhålls. Kurvan tas upp samtidigt som flockningen startar i bägaren och genom att ändra på propellerhastigheten under mätningens gång kan några egenskaper hos flockarna uttolkas. Följande förfarande användes vid mätning av PDA2000: 1. En liter syntetiskt avloppsvatten mättes upp i bägare och saltsyra eller natriumhydroxid tillsattes för att önskat ph skulle erhållas vid flockningen. 2. Flockulatorn (Flocculator 2000, Kemira Kemwater) och pumpen (slangpump, Watson Marlow 313S) kopplades till bägaren med vattnet. Pumpen pumpade runt vattnet genom mätcellen och tillbaka till bägaren med vald hastighet. 3. Mätserien startades. 4. Kemikalien tillsattes när propellern under tio sekunder snurrade med en hastighet på 300 varv/min. 5. Omrörningen på propellern sänktes till 50 varv/min för att flockarna ska kunna växa till. Den långsamma omrörningen skedde under tre till tio minuter (beroende på vilket försök som utfördes). 6. Propellerhastigheten ökades till 300 varv/min under tio sekunder, för att undersöka hur flockarna påverkades av ökade skjuvkrafter. 22

23 7. Omrörningen sänktes än en gång till 50 varv/min för att se om flockarna återbildades efter att de slagits sönder. Efter att flockarna hade fått återbildas under ett antal minuter med denna propellerhastighet avslutades mätserien. 8. Mätserien upprepas i regel en till två gånger för varje ph-värde för att få god säkerhet på resultatet. Figur 6.5 visar resultatet från en mätning tillsammans med hur resultatet tolkas i detta arbete. 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 FI 1,2 1 0,8 T2 0,6 0,4 0,2 T1 FI1 FI2 FI tid (sekunder) Figur 6.5 Kurva från PDA-mätning. Tolkning av resultatet T1- tid för flockarna att börja växa till (FI > 0,1) Koagulanten tillsätts under kraftig omrörning till provet vid tiden noll, men en synlig flockning kommer igång något senare när hastigheten har sänkts. T1 bestämmer tiden det tar för flockningen att komma igång genom att tiden innan FI överstiger 0,1 mäts. Vid ett lågt T1 bildas flockarna snabbt, vilket är en fördel vid skivfiltret, eftersom flockningstiden i inblandningstankarna är kort. T2- relativt mått på tillväxthastigheten (FI > 0,8) Flockarna får växa till under långsam omrörning och T2 mäts efter att flockningsindex övergår ett visst värde. T2 ett indirekt mått på tillväxthastigheten för flockarna. Ju kortare tid det tar för kurvan att nå ett visst flockningsindex, desto snabbare tillväxt. FI1- relativt mått på flockstorleken Det är viktigt att flockarna är stora för att inte passera filterdukarna. FI1 anger den maximala storleken på flockarna innan sönderslagningen, ju högre värde, desto större flockar. När FI1 bestäms tas inte det högsta enskilda värdet från mätningen, utan ett uppskattat medelvärde precis innan sönderslagningen. 23

24 FI2- relativt mått på flockstyrka Efter att flockarna har fått växa till under en viss tid ökas propellerhastigheten kraftigt. Med hjälp av FI2 bestäms flockarnas relativa storlek vid en sönderslagning och ett högt värde visar att flockarna klarar av höga påfrestningar utan att gå sönder, vilket är en mycket viktig egenskap vid skivfiltret. FI3- relativt mått på återbildningsförmåga Efter att propellerhastigheten åter sänks efter sönderslagningen får flockarna återbildas. FI3 anger flockarnas relativa storlek, när de har återuppbyggts och ju högre värde desto bättre återbildas flockarna. Längs med vägen från tankarna till skivfiltret kan flockarna stöta på skjuvkrafter som tar sönder dem. Om flockarna har lätt för att återbildas kommer skjuvkrafterna innan filterdukarna spela mindre roll. Ju högre värdet är, desto bättre är återbildningsförmågan hos flockarna Förklaring till tolkningen av kurvan Tiden det tar för FI att överstiga 0,1 och 0,8 studerades för att få ett mått på hur snabbt flockarna tillväxer. Ett annat sätt att mäta tillväxthastigheten hade varit att mäta lutningen på kurvan. Anledningen till att detta inte gjordes var att kurvorna inte är linjära. Flocktillväxten avtar efter hand som Figur 6.5 visar och kurvan planar ut när flockarna blir större, vilket gör det svårt att mäta lutningen på kurvan. Anledningen till just tiden det tar för FI att överstiga 0,1 studerades, var att man först då kan vara säker på att flockarna verkligen växer till. Innan flocktillväxten sätter igång kan enskilda partiklar och luftbubblor ge utslag, vilket inte ska förväxlas med kemflockar. Tiden det tar för FI att överstiga 0,8 studerades för att de mätserier som ger relativt stora flockar ska tas med i den jämförande studien, medan de mätningar som ger mycket små flockar sållas bort. Alternativ tolkning I den artikel som försöket är hämtat ur används resultaten från mätningarna annorlunda. Som Figur 6.5 visar kommer flockarna inte upp till samma FI efter att de har återuppbyggts som de gör innan sönderslagningen. Med hjälp av FI1, FI2 och FI3 beräknas Breakage factor och Recovery factor ut i den studien. Det görs på följande sätt: (Yukselen, 2002) Breakage factor = [(FI1-FI2)/FI1]*100 Recovery factor = [(FI3 FI2)/(FI1 FI2)]*100 Breakage factor visar hur mycket flockarna slås sönder vid skjuvningen relativt den maximala storleken. Recovery factor jämför flockarnas återbildningsförmåga med sönderslagningen. 24

25 Användning av resultaten Mättekniken användes i arbetet för att jämföra olika produkter med avseende på de parametrar, som anses vara viktiga för skivfiltret. De två viktigaste parametrarna, för att en separation av förorenande ämnen i bräddvatten ska kunna ske i skivfiltret, är att flockarna börjar växa till snabbt efter att koagulanten har blivit tillsatt och att flockarna håller för starka skjuvkrafter. Breakage factor och Recovery factor anses inte vara de viktigaste parametrarna i valet av koagulant till skivfiltret och därför beräknas de inte i detta arbete. Eftersom PDA-mätningarna ger ett relativt mått på flockstorlek är det omöjligt att säga den exakta storleken på flockarna och därför även det FI, som krävs för att en avskiljning ska vara möjlig. PDA-instrumentet ger inte svaret på vilka kemikalier, som kan kombineras med skivfiltret, utan vilka kemikalier som har bäst förutsättningar. Tillredning av syntetiskt avloppsvatten Karaktären på avloppsvatten varierar från dag till dag, plats till plats och tid på dygnet, vilket gör det svårt att använda till försöken i detta arbete. Det är viktigt att förhållandena är desamma vid de olika testerna av två anledningar. Förutsättningarna måste vara desamma vid alla försök för att PDA2000 ska kunna ställas in och utvärderas och de olika kemikalierna måste jämföras under samma förhållande. Istället för avloppsvatten används syntetiskt avloppsvatten. Även om resultatet inte skulle bli exakt detsamma som om försedimenterat avloppsvatten hade använts, ger det syntetiska avloppsvattnet en god fingervisning om kemikaliernas egenskaper. Det syntetiska avloppsvattnet bereddes på samma sätt inför varje försök och det innehöll följande: (Till 1 liter syntetiskt avloppsvatten) 125 mg helmjölkspulver (Viking full fat milk powder, producerat av A/S Nestlé) 150 mg NaHCO mg NaCl 95 mg NH 4 Cl 20 mg KH 2 PO 4 Mjölkpulvret innehåller 25 % protein, 28 % fett och 37 % kolhydrater. 25

26 Valda kemikalier för analys De kemikalier som undersöks finns listade i Tabell 6.1 Produkt % Aluminium Molkvot OH/Al % Basicitet Ligand Densitet (g/ml) Kemwater 9,27 1,30 43, ,37 PAX-18 Kemwater 5,03 0,86 28,7 Sulfat 1,21 PAX-10 Kemwater 7,37 1,31 43,7 Silikat 1,303 PAX-XL60 Kemwater 5,30 2,17 72, ,244 PAX-XL3 Kemwater 4,50 2,06 68,7 Sulfat 1,26 PAX-XL9 Kemwater 5,40 1,78 59,3 Sulfat 1,26 PAX-XL13 Tabell 6.1 Valda kemikalier till laboratorieförsöken. De ovan nämnda kemikalierna valdes för att tre högbasiska och tre lågbasiska koagulanter skulle jämföras. (En kemikalie som är högbasisk har en hög molkvot, OH/Al och sänker inte ph-värdet lika mycket som en lågbasisk kemikalie vid tillsats.) En annan skillnad mellan kemikalierna är liganderna. Det finns en rad olika metallsalter, som kan användas vid flockning. Ovan nämnda PAX-produkter har god förmåga att avskilja partiklar och testades därför i denna studie (Gillberg, ) 26

27 7 Inställningar av olika parametrar Olika flockningsparametrar, till exempel temperatur, ph och kemikaliedos, kan systematiskt studeras med hjälp av PDA2000. När en enskild parameter ska studeras genom en flockningsserie är det viktigt att inställningarna av instrumentet är passande. Olika inställningar ger olika resultat och kurvor från olika studier ska därför inte jämföras med varandra. En förutsättning för att PDA2000 ska ge trovärdiga resultat är att repeterbarheten av resultaten är god. Eftersom PDA2000 inte har använts tidigare vid Kemira Kemi AB studerades både olika inställningar och repeterbarheten innan de huvudsakliga försöken startades. Försöken gjordes med det syntetiska avloppsvattnet för att vattnets flockningsförutsättningar inte skulle ändra sig under försökens gång. Försöken i detta kapitel syftar inte i första hand till att utgöra underlag för skivfiltersförsöken, utan till att studera PDA-instrumentets möjligheter och begränsningar vid flockningsstudier. Resultatet redovisas i följande kapitel. Viktiga parametrar att studera inför skivfiltret Det som är intressant att studera inför försöken vid skivfiltret är hur en förändring av ph-värde och dosering påverkar flockningen. Anledningen till att ph-värdets påverkan studeras är att ph och alkalinitet hos avloppsvatten varierar. Det är viktigt att koagulanten ger god flockning i det ph-intervall, som flockningen förväntas ske vid. Flockningens dosberoende undersöktes för en av koagulanterna, PAX-XL60. Detta gjordes för att en lämplig dosering skulle kunna väljas till de fortsatta labbförsöken. Inställningar av PDA2000 inför kommande labbförsök Några av de olika inställningarna på PDA-instrumentet, som måste väljas inför försöken, eftersom de påverkar FI, listas nedan och en förklaring av dem följer därefter. Förstärkning av rms Filter -funktionen på instrumentet Limit -funktionen på instrumentet Förstärkning av rms Faktorn, som rms förstärks med, påverkar FI. Vid högre förstärkningsfaktor blir FI högre. När flockarna som bildas är små kan faktorn med fördel ökas för att flockningen ska kunna studeras noggrant. Om de bildade flockarna är stora är det bra att ha en låg förstärkning. Filter -funktionen Vid körning av instrumentet tar varje mätning 25 ms och datorn sparar en mätpunkt var tredje sekund. Att använda sig av filterfunktionen innebär att varje mätpunkt av 27