Råmaterial via reningsteknik mikrobiologi & kemi

Transkript

1 Råmaterial via reningsteknik mikrobiologi & kemi SKY - BG-4 Biogastekniker Grupp Ugglorna: Jennifer Gyldén Fikri Akay Emelie Landström Helena Nilsson Peter Altersved

2 Innehåll Projektbeskrivning... 2 Bakgrund och syfte... 2 Mål... 2 Organisation... 2 Projektplan... 3 Metod/Arbetssätt... 3 Dokumentation... 3 Sammanfattning... 3 Historia... 3 Uggleverket AB... 5 Mekanisk rening... 6 Grovgaller... 7 Luftat sandfång... 7 Sandtvätt... 8 Fingaller... 8 Försedimentering... 9 Slamtömning Biologisk rening Bakterier Aktivt slam Kväverening Kemisk fällning Kemikalier Kemiska processen Fällningsförfarande Förfällning Simultanfällning Efterfällning Slamhantering Förtjockning Sedimenteringsförtjockare Flotationsförtjockare

3 Stabilisering Rötning Slamluftning Centrifugering Filtrering Vassbäddar Provtagningsschema Utgående behandlat avloppsvatten Inkommande och bräddat vatten Rötat slam Provtagning av avloppsslam Diskussion Projektbeskrivning Bakgrund och syfte Vi är fem studenter som går utbildningen Biogastekniker och nu börjar vi med vårt tredje projekt, som inbegriper huvudmoment Råmaterial via reningsteknik, mikrobiologi och kemi, där följande ämnen ingår: reningsstegen i ett reningsverk, olika slamtyper och metoder för behandling av slam, mikrobiologiska och kemiska processer vid rening av avloppsvatten, parametrar och analyser för avloppsvatten och slam, olika faktorer som påverkar reningsresultatet, kemiska ämnens påverkan på människor och miljö, grundläggande säkerhetsföreskrifter för laboratoriearbete. I detta projekt har vi fått till uppgift att skriva en rapport i form av drift- och skötselinstruktioner. Mål Målet för projektet är att vi ska få kunskap om uppbyggnad och funktion av ett reningsverk, slamtyper samt olika metoder för behandling av slam, de mikrobiologiska och kemiska processer som är verksamma vid rening av avloppsvatten, faktorer som påverkar reningsresultatet, kemiska ämnens och mikroorganismers påverkan på människa och miljö samt grundläggande säkerhetsföreskrifter för laboratoriearbete. Utbildningsmålen finns beskrivna i vår fallbeskrivning och de är hämtade från kursplanen för utbildningen. Organisation Projektledare är Jennifer Gyldén. Övriga projektmedlemmar är Peter Altersved, Fikri Akay, Emelie Landström och Helena Nilsson. 2

4 Vi rapporterar till vår handledare Anders Magnusson Projektplan Projektplanen har grov planerats och redovisas i bifogad projektplan som vi har tagit fram med hjälp av M/S Project. Projektplanen utvärderas och uppdateras efter varje basgruppsmöte eller när vi finner att den inte längre stämmer med verkligheten. Metod/Arbetssätt Vi kommer att jobba enligt PBL-metoden. Vi har tänkt lägga upp vårt arbete på följande sätt: Alla söker aktivt information. Alla i gruppen ska visa att de tagit del av det som läggs upp på facebook genom ett ok efter att texten lästs igenom. Vi har bestämt att träffas 30/12 för informationsuppdatering. Dokumentation Vi dokumenterar löpande vårt projektarbete. Vid basgruppsmöten för vi protokoll/minnesanteckningar. Vi skriver också dagbok och projektledardagbok som vi mailar till vår handledare efter arbetsveckans slut. Vi kommer att utforma vår rapport efter fastställd mall. Vi kommer också att skicka ett första utkast av vår rapport till handledaren för preliminärbedömning i så god tid att vi kan hålla vår tidsplan för den färdiga rapporten. I samband med slutredovisning av projektet har vi också förberett en muntlig presentation av vårt projekt. Sammanfattning För att rena vatten måste det genomgå 3 olika steg, mekanisk rening, biologisk rening och kemisk rening. Mekanisk rening menas att man tar bort de största partiklarna som kan komma att skada efterföljande steg i reningsprocessen, när du utför biologisk rening är syftet att få bort organsikt material. Bassängen luftats för att ge syre åt mikroorganismerna vilket bildar ett slam som kallas bioslam. Vid kemisk rening tillsätter du positiva metalljoner i en s.k. fällning för att minska fosforhalten i vattnet. Efter varje reningssteg utvinns ett slam som skickas vidare till slamhanteringen där det sedan stabiliseras, förtjockas och avvattnas. För att vattnet ska vara godkänt måste det genomgå provtagning och analyser på laboratorium. Viktigt att reningen fungerar för att undvika övergödning, smittspridning samt spridning av giftiga ämnen ex. tungmetaller. Historia Varje kommun är skyldig att samla upp och rena avloppsvattnet från tätorterna för att sedan kunna släppas ut igen utan olägenheter. Det står i miljöbalken och Lagen om allmänna vattentjänster. Var kommun är även skyldig att se till att hela driften av avloppsanläggningen och det inkluderar slambehandling och ledningsnät. Det ska genomföras på ett sådant sätt att skador eller olägenheter för människan eller miljön förebyggs, hindras eller motverkas. Det står även skrivet att hushålla med råvaror och energi samt se till att slammets kvalitet blir så bra som möjligt för att kunna hanteras utan att det skapar olägenheter för hälsa och miljö. 3

5 Det första reningsverket med slamavskiljning stod klart på 1930-talet, syftet med reningsverket var då att man skulle avskilja fasta och flytande partiklar, s.k. mekanisk rening. Efter det har Stockholm fortsatt att göra stora satsningar och effektiva insatser inom vattenvården. Bara 30 år efter att det första reningsverket stod klart infördes biologiska reningsverken för avskiljning av organiskt material, och kort därefter på 1970-talet tillkom kemisk rening för avskiljning av fosfor. Under 70-talet när kemisk rening tillkom kunde ett reningsverk ha följande uppbyggnad: 1. Mekanisk rening 2. Biologisk rening 3. Kemisk rening Fram tills nu har reningsverkens utveckling gått mycket fort framåt. Vissa verk har fått krav på avskiljning av kväve och verken har anpassats till olika lokala förhållanden. Vilket har resulterats i att vi idag har fått en mångfald av olika tekniska lösningar. 1 1 Avloppsteknik 1 sida

6 Uggleverket AB 1. Huvudpumpstation. Gallret avskiljer fasta föremål. Den mekaniska reningen syftar till att avlägsna allt fast material ur avloppsvattnet som skulle kunna störa processen i de senare stegen i reningsverket 2 2. Sandfång. För att minska slitaget på pumpar och annan utrustning på reningsverket så skiljer man av sand, grus och andra hårda partiklar. I sandfånget håller man en kontrollerad vattenhastighet så att endast sand och grus sedimenterar. Sanden tvättas också för att minska mängden organiskt material till deponi och minska luktproblem när sanden deponeras Utjämnings bassäng. Där blandar man in den kemiska reningen, för att få bort fosfater från tvättmedel m.m. i vattnet Tillsätter man då kemikalier som till exempel järnklorid eller aluminiumjoner, vilket är vanligast att man använder, som binder fosfaterna. Det bildas en fällning som sjunker till bottnen i en sedimentationsbassäng. Det kemiska slammet som bildas pumpas vidare till slamhanteringen där det efterbehandlas tillsammans med slam från övriga processer I försedimenteringen låter man de största biologiska partiklarna sedimentera. Slammet som bildas pumpas bort till Slamhanteraren. Vanligtvis är sedimenteringsbassängen även utrustad med ytskrapor som samlar in fett och olja som samlas på ytan. 6. Den biologiska reningen syftar till att med hjälp av mikroorganismer bryta ner och koncentrera organiskt material som är löst i avloppsvattnet och som inte kan sedimenteras bort direkt. Genom att mikroorganismerna lever och förökar sig genom att förbruka lösta näringsämnen i avloppsvattnet så kan man sedan avskilja mikroorganismerna, i till exempel en eftersedimentering. Även avskiljning av kväve salter sker på biologisk väg där närsalterna i flera steg övergår till ofarlig kvävgas I slutsedimenteringsanläggningen, sjunker de bildade flockarna till botten och bildar ett slam. Slammet skrapas med linskrapor till slamfickor i bassängernas inloppsände där det med jämna 2 Avloppsteknik 2 kap 11 3 Avloppsteknik 2 kap Avloppsteknik 2 kap12 6 Avloppsteknik 2 kap 16 5

7 mellanrum tas ut och pumpas tillbaka till försedimenteringen. Härifrån pumpas det också ut till en bioslamsförtjockare. När vattnet lämnar sedimenteringsbassängerna har det genomgått kemisk rening och är färdigbehandlat 7 8. Vattnet passerar nu det sista steget där det filtreras en sista gång innan det släpps ut. 9. Primärslam förtjockare. Här kommer det mesta av slammet samlas upp för att sen skickas vidare till rötkammaren Bioslammet blir nu förtjockat innan det skickas vidare till rötkammare. 11. Rötkammaren bryter nu ner all organiskt material till biogödsel och gas börjar bildas. 12. Biogödsel silo. Det väntar nu på att fraktas till närliggande åkrar. 13. Biogödsel silo där det nu väntas på frakt till närliggande åkrar. 14. Biogödsel transport Mekanisk rening Det finns en hel del olika typer av galler och silar, syftet med dessa är att avskilja bl.a. trasor, sand och tamponger. Alltså sådant som kan störa funktionen i efterföljande behandlingssteg. En sil är uppbyggd så att partiklar som är större än silens öppning, som är ett hål eller ett nät, avskiljs medan ett galler är uppbyggt med en spalt i öppningen för att stoppa upp. De galler och silar som finns är uppdelade i olika typer. Vrakgaller Spaltvidd på mm. Används för att skydda pumpar och finare galler mot plankor, vajrar, sten, och liknande material. Grovgaller Spaltvid mm. För avskiljning av trasor mm. Fingaller Spaltvidd < 10 mm. För avskiljning av trasor mm. För att hålla kvar suspenderat bärarmaterial vid biologisk rening med biofilms processer. Silar Håldiameter 0,5-3 mm. För avskiljning av trasor mm. För att hålla kvar suspenderat bärarmaterial vid biologisk rening med biofilms processer. Mikrosilar Maskvidd 0,01-0,1 mm. För slutavskiljning av flockar och för bräddvattenrening

8 Grovgaller Ett grovgaller är uppbyggt av ett antal stående parallella stålstavar som sitter infästa i en ramkonstruktion som sitter placerad i avloppsvattenkanalen. För att förhindra avsättningar försöker man dimensionera så vatten hastigheten är minst 0,6 m/s. För att inte trasor ska ryckas genom gallret försöker man undvika högre hastigheter än 1 m/s. Gallret lutar oftast grader. Rengöring av ett grovgaller är alltid maskinellt och fungerar så att en krattliknande skraparm sänks ner i kanalen. Skrapan är utformad så att tänderna passar in mellan gallrets spalter och när skrapan dras upp följer trasor och dyl. med som inte hör hemma där. Under tiden skrapan drar upp det som inte hör hemma där gör den en kort paus på vägen upp för att allt vatten ska rinna av. Luftat sandfång Efter att vattnet har passerat de olika galler och silar vill man nu få bort sanden som medföljt. En del sand kommer från gatorna men även genom otäta rörskarvar och från rengöring och tvätt i hushållet. Sandfång placeras tidigt i behandlingskedjan, vanligtvis efter grovgallret eftersom sanden sliter på den mekaniska utrustningen. Syftet med sandfång är att avskilja sand och ev. kaffesump, men inte partiklarna av organisk karaktär det bör avskiljas i försedimenteringen. Det är variation på tillrinningen till ett avloppsreningsverk. Sandfång kan även fungera som fettavskiljare om det finns en skärmvägg som bromsar vattnets rotation vid ytan dock måste det finnas en dekanteringsanordning för att fungera som fettavskiljare. Sanden som sedimenterat, sjunker av egen tyngd, måste tas upp och det finns det olika lösningar på. Man kan t.ex. ha en skrapanordning som för sanden som samlats till en ficka där det sedan pumpas 7

9 iväg, en annan lösning är att ha en dränkt pump monterad på en traversanordning som går fram och tillbaka längs sandfånget. Sandtvätt När sanden av avskild finns det många reningsverk som tvättar sanden och det pga. minska mängden organsikt material men även att få bort den dåliga lukten. Är sanden ordentligt tvättad finns det möjlighet att använda den som täckning på deponier. Fingaller För att förbättra fingallerkonstruktionen byggs det upp en matta av trasor som förbättra avskiljningen, nackdelen är att även annat material avskiljs t.ex. fekalierester, avföring. För att förhindra det är det vanligt att anordna någon form av tvättning av rensgodset under transporten ur kanalen. 9 9 Avloppsteknik 2 sida

10 Försedimentering Efter sandfånget kommer vattnet till försedimentering där man låter de största partiklarna sedimentera, med det menas att man skiljer partiklar med högre densitet än vatten, slampartiklarna sjunker till botten. Det är viktigt att få bort dem större materialen som orsakar igensättning av maskinerna och sliter på utrustningen. Slammet från försedimenteringen kallas primärslam och det är främst det slammet man sedan rötar och gör biogas av och det är främst p.g.a. dess höga organiska värde. Primärslammet samlas upp och förs vidare till slamhanteringen och vidare till slamförtjockare. Med primärslammet så avlägsnas även den fosfor som förekomer i bunden-, i avsättbara- och fasta partiklar. Mängden fosfor som tas bort på detta sätt är vanligtvis ca 10-20% av inkommande fosformängd Försedimenteringen d.v.s. sedimenteringen efter grovreningen innan någon annan behandling utförts är syftet att avlägsna material som kan störa den nästkommande behandlingen men också för att minska belastningen på den. Har reningsverket hög tillrinning måste man brädda och det sker då ofta efter försedimenteringen. Kvaliteten på det försedimenterade vattnet har då betydelse för belastningen på recipienten. Sedimenterar man aktivt slam finns det två syften: Förutom att avskilja partiklar från det behandlade vattnet så ska sedimenteringsbassängen koncentrera det avskilda aktiva slammet, så det kan pumpas i retur till aktivslambassängen. Sedimentering delas in i 3 olika typer: Diskret sedimentering Enskilda partiklar sedimenterar fritt utan att påverkas av andra partiklar. Flockulent sedimentering Partiklarna som slås samman men andra partiklar, flockas, och ökar i partikelstorlek under sedimenteringsförloppet. Exempel på flockulent sedimentering är försedimentering och sedimentering efter kemisk fällning. Hindrad sedimentering När koncentrationen av partiklar som sedimenterar är så stor att den påverkar sedimenteringsförloppet. Om syftet med försedimenteringen är att avskilja det material som stör de kommande behandlingsstegen kan man använda sig av en hög ytbelastning, 5 m/h. Om syftet däremot är att uppnå en bra belastningsminskning på kommande behandlingssteg är ytbelastningar vid dimensionerande flöde 1-3 m 3 /h lämpliga. 9

11 Slamtömning Slammet som bildas skrapas till slamfickor, där det pumpas bort, vid slamtömning. Bottenarean på slamfickorna bör inte vara för stor för att undgå att döda zoner skapas där slam blir liggandes. Vissa slamfickor är utrustade med långsamtgående omrörare vilket kan underlätta förtjockning i slamfickorna. Den vanligaste skrapan i Sverige är kedjeskrapan som också används i rektangulära bassänger. Kedjeskrapan består av skrapblad fastsatta i kedjor av järn eller specialplaster, och som på botten skjuter slammet mot slamfickan och på ytan för fram eventuellt flytslam till en flytslamsränna. 10 Biologisk rening I det biologiska reningssteget renas vattnet med hjälp av levande organismer, vanligen mikroorganismer och då i särskilt bakterier, men även jäst- och mögelsvamp, alger och protozoer. Protozoer är urdjur, som till exempel amöbor och toffeldjur. Dessa lever på bakterier och leder till låg grumlighet i utgående vatten. Alger används dock endast i vissa anläggningar, till exempel biologiska dammar. 11 Bakterier Till skillnad från i kliniska forsningsmiljöer kan man i biologiska reningssystem finna flera hundra arter av bakterier vars sammansättning ständigt förändras i takt med att förutsättningarna ändras. Denna föränderlighet innebär en stor anpassningsförmåga hos bakterierna, samt ökande förutsättningar för reningssystemet jämfört med ett mer artfattigt reningssystem. 12 Liksom vid rötning för biogasutvinning spelar substratet en stor roll. För att bakterierna ska kunna växa i antal behöver de energi, och energi utvinns genom nedbrytning av organiskt material det vill säga substrat. Som vid rötning måste substrat med för stora molekyler brytas ned. Bakterierna 10 Avloppsteknik 2 sida Sidorna 66-68, Avloppsteknik 2 12 Sidan 67, Avloppsteknik 2 10

12 utsöndrar då enzym som bryter ned substratets molekyler i mindre delar som kan tas upp genom cellens membran. 13 Aktivt slam Denna del av reningsprocessen omfattar en luftningsbassäng och en eftersedimenteringsbassäng. Själva slammet består av mikroorganismer som har växt och klumpat ihop sig. 14 I luftningsbassängen tillförs syre för att mikroorganismerna ska förbränna organiskt material till koldioxid, det är detta som menas med själva luftningen. Det sker även en omblandning för att hålla mikroorganismerna svävande i vattnet, antingen genom luftningen i sig själv eller genom omrörning. I processen så upptar slammet små svävande partiklar från vattnet, då dessa fastnar på slammets yta. 15 För att undvika alltför långa luftningsbassänger brukar volymen delas upp i två eller flera bassänger, som antingen drivs i serie eller parallellt. I Sverige är det vanligt att luftning sker via perforerade slangar i botten av bassängen. Luften drivs in med någon form av blåsmaskin 16 Anledningen till att man måste tillföra syre när det organiska materialet förbränns är att det förbrukas syre naturligt vid förbränning av organiskt material. 17 I och med detta blir syrebehovet beroende av andelen organiskt material som ska brytas ner. 18 Samtidigt så innebär en hög syrehalt även en hög energiförbrukning och följaktligen även höga driftkostnader. Syrenivån måste därför hållas på en nivå som är processtekniskt motiverad. Idag är det vanligt att man styr lufttillförseln med hjälp av kontinuerlig varvtalsreglering med styrimpulser från syremätare i bassängen, då detta än så länge är den effektivaste metoden. 19 Lufthålen kan bli igensatta, och detta yttrar sig på olika sätt beroende på system. En uppföljning av tryckförhållanden i luftningssystemet samt energiförbrukningen hos blåsmaskiner respektive fläktar bör därför ingå i den löpande driften. 20 I sedimenteringsbassängen separeras mikroorganismer och partiklar från vattnet, vilket i stället går vidare i reningsprocessen. Mikroorganismerna som blir kvar samlas ihop och förs till viss del tillbaka till luftningsbassängen som returslam, dock kommer en del av slammet att behöva lämna systemet då det sker en tillväxt av slam under gynnsamma förhållanden. Sedimenteringen är det mest kritiska steget i aktivslamprocessen, och sker medelst gravitation. Avgörande i det här steget är mikroorganismernas sedimenteringsegenskaper, bassängens utformning samt belastningen. Sedimenteringsegenskaperna hos mikroorganismerna påverkas i sin tur av flockbildningsförmågan och hur flockarna ser ut, men kunskapen om hur och varför flockar 13 Sidan 72, Avloppsteknik 2 14 Sidan 74, Avloppsteknik 2 15 Sidan 74, Avloppsteknik 2 16 Sidan 80, Avloppsteknik 2 17 Sidan 74, Avloppsteknik 2 18 Sidan 81, Avloppsteknik 2 19 Sidan 83, Avloppsteknik 2 20 Sidan 93, Avloppsteknik 2 11

13 bildas är bristfällig. Vidare bör slamskraporna inte ha en för hög hastighet då detta leder till att slammet virvlar upp maxhastigheten är en centimeter i sekunden. 21 I slutet av sedimenteringen kan man se hur bra mikroorganismerna flockar sig genom att titta ner i vattnet och mäta siktdjupet. Mikroorganismer som inte flockar sig ger grumligt vatten och dåligt siktdjup. 22 Problem vid sedimenteringen inkluderar bland annat slamsvällning, skumning och flytslam. Slamsvällning är det vanligaste problemet och beror antingen på för mycket filament eller för mycket slam. För mycket filament leder till att flockarna hakar i varandra och bildar stora porösa strukturer som sedimenterar dåligt. Slemmig (kallad viskös ) slamsvällning innebär som namnet antyder att det bildas för mycket slem och leder till att man får geléslam. Skumning å andra sidan innebär en hälsorisk då skummet ger ifrån sig aerosoler små partiklar suspenderade i gas innehållande mikroorganismer. 23 Kväverening I vårt avloppsreningsverk finns, som bekant från processchemat, två anoxiska (syrefria) zoner, en på vardera sidan om den luftade bassängen. Det är i dessa zoner som vattnet renas från kväve, och metoden bygger på fördenitrifikation. Viss rening sker via assimilation to kvävet binds till slammet, men de anoxiska zonerna är främst för att omvandla kvävet till kvävgas. För att detta ska ske går kvävet igenom nitrifikation och denitrifikation. 24 Nitrifikations processen kräver syre, varför nitrifikation bör ske i en luftad bassäng. Det är även i den luftade bassängen som en del kväve assimileras i slammet. Ammoniumoxiderande bakterier omvandlar ammonium till nitrit. Nitritoxiderande bakterier omvandlar därefter nitritet till nitrat. 25 Avloppsvattnet, nu fullt med nitrat, leds till en anoxisk zon. Bakterierna får nu syrebrist och påbörjar nitratrespiration, vilket reducerar kvävet i nitraten och bildar kvävgas. Bakterierna som är intressanta i det här stadiet är heterotrofa, vilket innebär att de bildar biomassa och behöver organiskt material som kolkälla. 26 I fördenitrifikation används det ännu inte biologiskt renade avloppsvattnet som kolkälla, då det leds igenom den första anoxiska zonen till den luftade bassängen. Efter den luftade bassängen ligger ytterligare en anoxisk zon, för att säkerställa att det inte kommer med syre när det nitrathaltiga vattnet leds tillbaka till den första anoxa zonen. I och med att avloppsvattnet används som kolkälla spar man pengar som annars hade gått till att köpa in en kolkälla Sidan 84, Avloppsteknik 2 22 Sidan 93, Avloppsteknik 2 23 Sidan 94, Avloppsteknik 2 24 Sidorna , Avloppsteknik 2 25 Sidan 114, Avloppsteknik 2 26 Sidan 115, Avloppsteknik 2 27 Sidan 119, Avloppsteknik 2 12

14 Kemisk fällning Under en lång tid har människan använt kemisk fällning för rening av vårt avloppsvatten. Främst för att minska fosformängden i vattnet och dämpa BOD 7 (mängden syre som förbrukas när avloppsvattnet står i en tät flaska i 7 dygn), men man vill även minska det organiska materialet och bakterierna. Fosfor i vårt avloppsvatten kan visa sig på 2 olika sätt: Organisk bunden fosfor Oorganisk fosfor Polyfosfat = polymeter av ortofosforsyra H 3 PO 4. De har ett förhållande mellan syre och fosfor som är mindre eller lika med 3 till 1 och bildar kedje- eller ring strukturer. Ortofosfat = salter av ortofosforsyra H 3 PO 4. Fosfatmolekylen innehåller en fosfatatom. 28 Kemisk fällning går ut på att man tillsätter ett fällningsmedel till avloppsvattnet och vid detta så tar tre processer vid: Fosfatutfällning Positiva metalljoner i fällningskemikalien reagerar med negativa fosfatjoner och bildar ett salt, alltså Metalljoner (Me 3+) reagerar med fosfatjoner (PO ) och bildar en saltfällning: järnfosfat eller aluminiumfosfat Partikelutfällning/Kolloidneutralisering Organiska partiklar är negativt laddade. Positiva joner neutraliserar partiklarnas laddning så att partiklarna kan dras mot varandra, alltså negativt laddade partiklar kan klumpa ihop när positiva joner tillsätts. Hydroxidfällning Metalljoner (Me 3+ ) reagerar med hydroxidjoner (OH - ) och bildar en gelliknande fällning) 29 Under dessa processer bildas slamflockar. Små partiklar slås ihop och bildar flockar. Hydroxidfällningen som bildats fungerar som ett spindelnät som försiktigt sveper in föroreningarna medan det sedimenterar. Flockbildningen och utfällningens funktionalitet är beroende av vilket sorts PH värde det är i vattnet. Både aluminiumfällningarna och järnfällningarna upplöses vid för låga PH värden. Det är viktigt med en snabb inblandning av fällningskemikalien för att utfällningsreaktionerna för bildning av metallfosfat och neutralisering av partiklarna sker snabbare än en sekund och fällningskemikalien reagerar med vattnet och bildar hydroxidflockar inom en till sju sekunder. Då kan det krävas någon form av turbulent zon vid inblandningen. Så det går fort och effektivt vid inblandningen. Efter detta så leds avloppsvattnet till flockningsbassänger där flockarna får växa och stabiliseras under en försiktig omröring. När flockarna är färdiga skall vattnet gå vidare till avskiljning. Där avskiljs flockarna från vattnet genom sedimentering, flotation eller filtrering. Detta skall ske så lugnt som möjligt då flockarna kan delas och slås sönder i förträngningar och områden som vattnet är livligare 28 Avloppsteknik 2 Kapitel 15 Kemisk Fällning. Sid Anders Magnussons lektion 3 powerpoint , kemisk fällning 13

15 på. En flock som gått i bitar får inte tillbaka sin storlek igen, även om den genomgår en ny flockning. 30 Kemikalier Fällningskemikalier som används är järnjoner, aluminiumjoner och positiva joner. Järnklorid löses till järnjoner (fe 3+ ) och kloridjoner (CI - ). Järnjoner reagerar med fosfatjoner (PO 4 3- ), hydoxidjoner (OH - ) och interagerar med partiklar i avloppsvattnet. Kloridjoner deltar inte i reaktionen utan går oförändrade igenom resterade reningssteg. 31 Kemiska processen Inblandning Flockning Sedimentering Fällningsförfarande Beroende på var man tillsätter fällningskemikalien, så finns det fyra olika fällningsförfaranden. Väljer man en kombination av två eller fler kallas det flerpunktsfällning. Förfällning Simulantfällning Efterfällning Själva slutresultatet beroende på vilken av de tre metoderna man använder är någorlunda lika, men viss skillnad på slamproduktionen, driftskostnaderna och energiförbrukningen med mera finns. Det som alla metoderna har gemensamt är att det tar bort fosfor. Effektiviteten kan variera beroende på metoden och kvalitén på avloppsvattnet Avloppsteknik 2 Kapitel 15 Kemisk fällning. Sid Anders Magnusson powerpoint lektion Pdf Grundkurs i kemisk fällning 3 Sida 1. emiskf%c3%a4llning3.pdf Bild tagen ur samma fil, samma sida. 14

16 Förfällning Vid förfällning tillsätter man kemikalierna under den mekaniska reningen i verkets inloppsränna eller i rännan mellan sandfång och försedimentering. Inblandningen skall ske fort och effektivt och sedan vid flockningsbassängen skall omröringen ske långsamt för att flockar ska kunna bildas. Det bildas då flockar i sandfånget eller inloppet till sedimenteringsbassängen. De bildade flockarna avskiljs sedan i försedimenteringsbassängen. Syftet med förfällningen är att underlätta för den biologiska reningen samt att sänka fosforhalten i vattnet. Genom att ta bort partiklarna ur vattnet och lämnar det lösta materialet till den biologiska reningen, så får man ut så mycket man kan från både den kemiska och den biologiska reningen. Man avskiljer det värsta före den biologiska reningen med förfällning. Man underlättar helt enkelt för det biologiska steget och energiförbrukningen går ner p.g.a. det minskade behovet av syre. Om man råkar dosera för högt så kan för mycket fosfor fällas ut och då blir fosforhalten för låg i vattnet in till det biologiska steget. Vid kväveavskiljning och fördenitrifikation kan en nackdel vara att för mycket BOD fälls ut. Då är det risk för att det kan bli brist på kolkälla och denifrikitationen blir lidande. Simultanfällning Vid simultanfällning tillsätts fällningskemikalie i direkt anslutning till biosteget, alltså vid den biologiska reningen. Fällningskemikalien kan tillsättas antingen före eller i luftningsbassängen och sker den i bassängen så sker även flockbildningen i denna. Både bioslammet och kemslammet tas bort i sedimenteringsbassängen. På så sätt kommer bioslammet innehålla en större mängd oorganiskt material till skillnad från vad som blir av en normal aktivslamanläggning. Det betyder att slamhalten i luftningsbassängerna behöver öka så att mängden av det biologiskt verksamma slammet inte minskar. 33 Produktionen av primärslam minskar, men mängden överskottsslam ökar. Totalt sett produceras mindre slam vid simultanfällning, men även mindre biogas. 34 Vid simultanfällning används främst Fe 2+, Fe 3+ och polyaluminiumklorid som fällningsmedel. Tvåvärt järn i form av järnsulfat är den billigaste fällningskemikalien, vilket gör att denna metod (om man endast tittar på kemikalieförbrukningen) förmodligen är den lägst kostsamma. Efterfällning Vid efterfällning sker inblandningen av fällningskemikalien efter det biologiska steget. Den består av förbehandling, biologisk rening och kemisk rening. Flockningsenheten kan ske i en bassäng men det går lika bra med fler då man kan koppla ihop dem försedda med grindomrörar, paddelomrörare eller propelleromrörare. Om man önskar ännu mindre fosfor i det utgående vattnet så kan man filtrera vattnet i en efterbehandling genom ett kontaktfilter. Kemikalien tillsätts då i inloppet till filtret och resultatet blir att nästan all lös fosfor fastnar i filtret. Även de små partiklar som ej sedimenterat i föregående sedimentering. 33 Avloppsteknik 2 Kapitel 15 Kemisk fällning. Sid Pdf grundkurs i kemisk fällning 3. Sida 5 15

17 Den fosforreningsmetod som först kom till Sverige var efterfällning. När det blev känt att fosforn var den största orsaken till övergödningseffekter i recipienter, byggdes det ett extra reningssteg ämnat för fosforseparering. Vid den tiden så stod staten för en stor del av kostnaderna vilket gjorde att många kommuner kunde bygga ut. Idag byggs det inte många efterfällningsverk. Dels för att vi höjt vår kunskap om kemisk rening och att förfällning är ett minst lika bra alternativ, men främst kostnaden då ett tredje reningssteg höjer kostnaderna en hel del. Dessutom blir slamproduktionen hög, samtidigt som energiförbrukningen är lika hög som vid simultanfällning, vilket inte gör det mer attraktivt Slamhantering Förtjockning För att så långt som möjligt reducera volymen av det slam som skall behandlas inleder man som regel slambehandlingen med förtjockning. Fortsatt volymminskning kan sedan ske genom maskinell avvattning. Förtjockning utförs vanligen genom sedimentering ibland flotation, men även mekanisk förtjockning förekommer. Sedimenteringsförtjockaren är av betydligt äldre datum än flotationsförtjockaren. De senare har främst kommit till användning för slam som är svåra att förtjocka med sedimentering. Mekanisk slamförtjockning kan utföras med hjälp av centrifuger eller olika anordningar för silning. Sedimenteringsförtjockare Den vanligaste typen av sedimenteringsförtjockare har mer eller mindre kontinuerlig beskickning. De s.k. slamkontrollkammare som förr var vanliga på många anläggningar, kan även användas i förtjockningssyfte. Dessa dimensioneras normalt för ett dygns slamproduktion. Klarfasen (slamvattnet) dras av från ytan genom flytande eller höj- och sänkbara skibord. Alternativt sker avdragningen av slamvattnet genom rör förlagda på olika nivåer. 16

18 Idag används huvudsakligen kontinuerlig förtjockning. Sådana förtjockare är som regel försedda med anordningar för långsam omrörning för att underlätta bildandet av större partikelaggregat och frigöring av gasbubblor. Inkommande slam förs in i centrum av en cirkulär bassäng. Förtjockaren är försedd med en centrumdriven skrapanordning med snedställda skrapblad som transporterar slammet till en slamficka. På skrapanordningen är grindar fästa för långsam omrörning. Flytslam avlägsnas med en ytskrapa till en flytslamficka. Slamvattnet dras av över ett skibord vid bassängens periferi (omkrets). Vätskedjupet i en sedimenteringsförtjockare kan variera mellan m. Förtjockningen kan drivas längre i en djup bassäng men risken för att slammet blir anaerobt (ruttnar) ökar samtidigt, med uppkomst av flytslam som följd, särskilt om primärslam och överskottslam blandas. Diametern överstiger vanligen inte 25 m för att alltför långa skraptransporter skall undvikas. Den mekaniska utrustningen i en förtjockare har tre funktioner, nämligen att genom långsam omrörning underlätta bildandet av större partikelaggregat samt frigöra gasblåsor. Förbättra sedimenteringen och transportera förtjockat slam till slamfickan. Flotationsförtjockare I flotationsförtjockare använder man sig av principen att göra slammet lättare än vattnet. Luft löses i vatten under förhöjt tryck. Vid en efterföljande tryckreduktion kommer då den mängd lös luft, som svarar mot övermättnaden, att frigöras i form av ytterst små luftblåsor. Då dessa fäster vid slampartiklarna bildas aggregat som är lättare än det omgivande vattnet och därmed flyter upp till ytan. Inkommande slam pumpas till en blandningsanordning där vattenluftdispersionen (dispersion = blandning av två komponenter, av vilka den ena bildar partiklar, blåsor eller droppar i den andra) tillsätts. Dispersionsvatten bildas genom att vatten tryck förhöjs med en högtryckspump och därmed får passera en ejektor och vidare till en luftlösningstank. Tryckluft tillförs från en kompressor. Efter lösningstanken förs det tryckförhöjda vattnet till en tryckavlastningsanordning, varefter blandning sker med slammet i inloppet till flotationstanken. Luftblåsorna fastnar på slampartiklar och bildar aggregat som stiger till ytan. I rektangulära bassänger sker i regel avskrapningen motströms till inloppsänden (ena kortsidan) då merparten av slammet ansamlas där. Slamvattnet dras av vid bassängens andra kortsida. Anläggningarna bör förses med bottenskrapa och slamficka för borttagning av sedimenterat slam. 35 Stabilisering Slamstabilisering innebär att man minskar eller eliminerar riskerna för att slammet börjar jäsa och ger upphov till störande lukt. Stabiliseringen sker vanligen genom biologiska processer i vätskefas, där den lätt sönderdelbara organiska substansen bryts ned. Då minskar slammängden och TS-mängden kan på så sätt reduceras med %. Primärslam som innehåller hög halt lätt sönderdelbar substans reduceras mest, medan kemiskt slam minskar mycket litet i TS-mängd. I stabiliseringsprocesserna avdödas också patogena 35 Avloppsteknik 3 Slamhantering sid

19 (sjukdomsalstrande) bakterier och virus mer eller mindre effektivt, beroende på vilken process som används och driftsättet. Genom avdödning av de bakterier och andra mikroorganismer som finns i slammet och orsakar att slammet kommer i jäsning, kan man också uppnå luktfrihet. Sådan avdödning kan ske genom uppvärmning eller torkning av slammet eller genom kemikalietillsats, vanligen kalkning. I dessa fall sker ingen nedbrytning av slammets organiska innehåll, men man får en från hygienisk synpunkt tillfredsställande slutprodukt. Vid biologisk stabilisering sönderdelas organiskt material i slammet genom biologisk nedbrytning. Detta kan ske på flera sätt: Anaeroba processer som sker utan tillgång till syre (rötning). Aeroba processer som sker i närvaro av och med hjälp av syre. Stabilisering i vassbäddar. I de anaeroba processerna blir slutprodukterna utrötat slam (torrsubstans), slamvatten och rötgas. Rötgasen består av koldioxid, metangas, samt mindre mängder svavelväte, ammoniak m.m. Svavelväte bildar med närvarande järnföreningar järnsulfid som svartfärgar slammet. I de aeroba processerna däremot bildas syrerika produkter som koldioxid, nitrat, sulfat. Järnsulfid bildas inte, varför slammet förblir grått eller brunt. Nedan uppräknade betingelser måste uppfyllas för att processerna skall fungera tillfredsställande. I stort sett gäller samma betingelser för såväl aeroba som anaeroba behandlingsprocesser, eftersom det i båda fallen är fråga om biologiska processer. Aeroba processer är dock mindre känsliga för varierande driftbetingelser än anaeroba. Konstant, relativ hög temperatur, för mesofilt anaeroba processer ca 37 o C (35-40 o C) för termofila anaeroba processer ca 55 o C och för aeroba processer > 15 o C. Konstant ph-värde, omkring neutralpunkten ph 7. Jämn tillförsel av näring (råslam). Kontinuerlig omblandning för att bakterierna ständigt skall få tillgång till ny näring. Vid aeroba processer krävs även tillgång till syre. Rötning Nedbrytningen av organiskt material i en rötkammare sker i flera delsteg. Först sker en upplösning och nedbrytning av sammansatta organiska ämnen till enklare vattenlösliga föreningar genom inverkan av enzymer som avsöndras av bakterierna (hydrolys). Nedbrytningen fortsätter sedan med hjälp av bakterier till enkla fettsyror, t.ex. ättiksyra, och alkoholer (syra bildning). Det sista steget innebär bildning av metan och koldioxid med hjälp av metanbakterier (metanbildning). Metan är emellertid svårlösligt i vatten under det att koldioxiden i viss mån är vattenlöslig. Koldioxiden omvandlas dessutom till stor del till bikarbonat vid närvaro av ammoniak, en slutprodukt vid sönderdelningen av aminosyror. Eftersom en stor del av koldioxiden förblir löst i rötkammarens 18

20 slamvatten, blir den avgående rötgasen förhållandevis rik på metan. Gasen består normalt av % metan och % koldioxid. 36 Slamluftning Vid aerob nedbrytning av organiskt material i slam blir slutprodukterna koldioxid och vatten. Vid aerob nedbrytning erhålls energifattiga slutprodukter. Samtidigt är värmeutvecklingen under nedbrytningsprocessen högre än vid rötning. Syreförbrukningen är till en början hög men sjunker allteftersom den organiska substansen bryts ner. phvärdet stiger vid konventionell aerob stabilisering till en början, för att sedan sjunka igen. Detta hänger samman med förändringar i ammoniakhalten. Den ammoniak som en till början frigörs vid nedbrytningen av organiskt material oxideras så småningom till nitrat (nitrifikation). Konventionell slamluftning sker i bassänger av samma typ som vanliga luftningsbassänger. Bassängerna bör vara överbyggda för att förhindra nedkylning vintertid. De värmeisoleras vanligen inte och man tillför normalt inte värme annat än möjligen till luften ovanför bassängen. Omrörning och syretillförsel åstadkoms genom luftinblandning. Genom luftningen skall slammet omblandas så kraftigt att slamavsättning inte sker i någon del av bassängen. Risken för igensättningar med trasor och liknande är dock betydande. Gallerrens, flytslam och liknande får inte tillföras. Normalt bör konventionella slamluftningsbassänger dimensioneras för en minsta uppehållstid på 15 dygn vid en lägsta temperatur på 15 o C i slammet. Vid lägre temperatur fodras längre uppehållstider. 37 Avvattning Trotts förtjockningssteget är det fortfarande för mycket vatten i slammet, det behöver bli torrare för att få ner volymen och därigenom fraktkostnader. Avvattningen delar upp slammet i dels en koncentrerad slamkaka, dels i rejektvatten som återförs till vattenbehandlingen. Viktigt är att inte föra tillbaka en massa slam med rejektvattnet. 38 Precis som i kemisk och biologisk rening av vattnet så vill man här att partiklarna i slammet ska flocka sig för att vattnet lättare ska kunna skiljas från slammet. Det finns icke organiska flockningsmedel som aluminiumsalter och en kombination av kalk och järnsalter, men det finns också organiska flockningsmedel som kallas polymer. 39 Ett flockningsmedel som ofta används på biologiskt svårnedbrytbart avloppsslam är polyakrylamid. Polyakrylamid är inte i sig självt hälso- eller miljöfarligt, men kan innehålla spår av akrylamid, vilket är mutagent, giftigt och cancerframkallande men det är inte miljöfarligt och på det hela taget innebär polyakrylamid mycket små risker för miljö och hälsa Avloppsteknik 3 Slamhantering sid Avloppsteknik 3 Slamhantering sid Sidan 44, avloppsteknik 3 39 Sidan 45, avloppsteknik 3 40 Sidan 47, avloppsteknik 3 19

21 Centrifugering Principen är densamma som centrifugalkraften i en tvättmaskin, men med några skillnader. I det här fallet har man en så kallad skruvtransportör monterad i en trumma som avsmalnar över inmatningsdelen. 41 Både trumman och transportören snurrar väldigt fort åt samma håll men inte riktigt lika fort. Centrifugalkraften tvingar ut slammet till trummans väggar. Partiklarna i slammet är tyngre än vatten och bildar ett lager på trummans vägg. Längst bort från inmatningsdelen, på gaveln, finns det hål där vattnet rinner ut, medan slammet matas ut av centrifugalkraften vid rotorns smalare del. 42 Filtrering Vid filtrering används en silduk som fångar upp slampartiklarna men släpper igenom vattnet. Detta tar normalt lång tid, så för att skynda på processen applicerar man tryck. I Sverige används ofta silbandspressar, så vi fokuserar på dessa. 43 Slammet appliceras mellan två silband som långsamt rör sig framåt. Avståndet mellan silbanden är gradvis avsmalnande, vilket leder till ökat tryck på slammet. Silbanden bryts över valsar för att slampartiklarna ska glida mot varandra och pressa ut ännu mer vatten. 44 Vassbäddar Fördelarna med vass upptäcktes av en slump. Slam låg och torkade i bäddar när någon märkte att det gick bättre när det växte bladvass i slamtorkbädden. Vassbäddarna kan ta emot mer slam och ger ett renare vatten än slamtorkbäddar. 45 De anläggningar som har använt vassbäddar redovisar att slammet efter tömning liknar kompostjord och har en torrsubstans på procent. Kvävet i slammet är renat, men fosfor och tungmetaller finns kvar i slammet. 46 En av de stora fördelarna med vassbäddarna är att man kan minska på kemikalierna. Flockningsmedlen vi nämnde tidigare angående avvattning behövs inte alls med den här metoden. Driften är säker, vilket get en bättre arbetsmiljö. Dessvärre går det åt enorma ytor och kunskapen är än så länge ganska låg. För ett avloppsverk som tar emot personekvivalenter krävs totalt kvadratkilometer yta för vassbäddarna. 47 Provtagningsschema Utgående behandlat avloppsvatten Utsläpp från avloppsreningsverk med anslutning mellan pe. (Personekvivalent är det dagliga bidrag som ges till avloppet från en person eller likvärdig.) Kontinuerlig mätning och 41 Sidan 48, avloppsteknik 3 42 Sidan 48, avloppsteknik 3 43 Sidan 50, avloppsteknik 3 44 Sidan 50, avloppsteknik 3 45 Sidan 52, avloppsteknik 3 46 Sidan 53, avloppsteknik 3 47 Sidan 53, avloppsteknik 3 20

22 registrering av flöde, flödesproportionell provtagning. Provtagning av utgående behandlat avloppsvatten skall ske efter sista behandlingssteget och före eventuell desinficering. Alternativa mät- och analysmetoder respektive mätanordningar kan användas i stället för de föreskrivna, under förutsättning att verksamhetsutövaren kan visa att metoderna eller anordningarna är likvärdiga vid kontroll av aktuell typ av avloppsvatten. Provtyp och provtagningsfrekvens. CODcr BOD 7 2 dp/ månad 2 dp/ månad P- tot. 2 dp/ månad N- tot. 2 dp/ månad NH 4 N 2 dp/ månad 48 CODcr = Kemisk syreförbrukning. BOD 7 = Mängden syre som förbrukas när avloppsvattnet står i en tät flaska i sju dygn. P- tot. N- tot. = Totala halterna av fosfor (P) och kväve (N) i vattnet. Inkluderar organiskt bundet fosfor och kväve. NH 4 -N = Ammoniumkväve. Inkommande och bräddat vatten Avloppsanalyser på inkommande vatten görs en gång i kvartalet. Prov på bräddat vatten från inloppsstationen och biobäddstationen vid reningsverket tas i samband med bräddning. Samma parametrar som ovan tas. Man bör också kolla ph och SS ( Suspenderade ämnen är vikten av partiklar i vattnet) på inkommande, bräddat och behandlat utgående avloppsvatten. Analyser görs på proverna enligt ett årligt provtagningsschema, som i förväg upprättas av ackrediterat laboratorium. Proven förvaras i kylskåp under provtagningen, tas på alternerande veckodagar. Rapportering av mätvärden och analysresultat sker kvartalsvis till tillsynsmyndighet. Resultaten av kontrollen redovisas i den årliga miljörapporten. Egenkontrollen omfattar, förutom provtagningar som ingår i utsläppskontrollen, även andra parametrar i avloppsvatten och slam. Halterna av fosfatfosfor, nitrat- och nitritkväve, resthalten av järn samt vattnets alkalinit och konduktivitet mäts i ett dygnsprov på utgående vatten, som tas en gång per kvartal samtidigt med provtagning av obehandlat avloppsvatten. I avloppsslammet 49 kontrolleras även halterna av järn, mangan, aluminium och kobolt. Rötat slam Den dagliga rutinen i rötkammaren innefattar kontroll av temperatur, ph- värde och nivå samt bokföring av inpumpad råslammängd, gasproduktion, avtappad rötslammängd och omrörningstid. Alkaliniteten och mängden flyktiga syror analyseras en gång i veckan. Fortlöpande Kontroll av funktionen görs enklast genom att studera förhållandet mellan producerad gasmängd och tillförd mängd organiskt material. 48 SNFS 1990:14 49 Miljörapport Björklinge avloppsreningsverk. Uppsala vatten. Hämtad

23 I samband med slamtappning tas blandprov (5-7 stickprov under en tappningsperiod) för analys av TS- halt, glödrest och glödförlust i rå- och rötslam. Om rötslamvatten bräddas tas prov för kontroll av halten suspenderad substans på motsvarande sätt. Med ledning av glödförlustvärdena beräknas utrötningsgraden. 50 Provtagning av avloppsslam Provtagning av avloppsslam ska ske efter behandling och innan det levereras till användaren. Det prov som lämnas till laboratoriet för analys skall vara ett slutprov på 1 liter som tagits ur ett samlingsprov. Primärprov tas ur löpande produktionen i direkt anslutning till avvattningsutrustningen, antingen från transportband eller från uppsamlingsbehållare. Ett primärprov prepareras genom att avloppsslam tas vid en och samma tidpunkt från fem olika punkter på transportbandet eller behållaren. De enskilda delproven töms i ett plastkärl och omblandas noga. Från denna blandning tas det egentliga primärprovet. Primärproven skall förvaras frysta under provtagningsperioden. När provtagningsperioden är slut tinas primärproven och blandas omsorgsfullt till ett samlingsprov. Ur detta samlingsprov tas ett slutprov för analys. Uttag av primärprov: 1 prov per vecka. Beredning av samlingsprov och uttag av slutprov: 1 per halvår. 51 Analys av slam TS Torrsubstans ph Surhetsgrad P tot. Fosforhalt N tot. Kvävehalt NH N Ammoniumkväve Metaller Diskussion Resultatet av denna rapport visar att vi genom ett gott samarbete och många lästimmar har uppnått vårt syfte med rapporten och funnit all fakta vi behöver för att genomföra projektet. Då vi har jobbat enligt PBL metoden har vi samtidigt stött på svårigheter i vårt arbete och vi har fått lära oss att ta in information på ett annat sätt än vi tidigare gjort. Vi finner kursen kort och svår. Vi har dock haft användning av förra kursens termer. Vi tycker ändå det har vart spännande att följa alla dess reningssteg, och veta hur viktigt det är att vattnet genomgår de olika processerna för att undvika smittspridning. 50 Avloppsteknik 3 slamhantering sid SNFS 1994:2 22

24 Vetskapen att slammet som blir går att återanvändas antingen till rötning eller att sprida på åkermark. Allt är förenat i ett kretslopp. Gruppen kommer på egen hand läsa mer om reningstekniken för att få mer insikt. 23