Avloppsreningsteknik och Mikrobiologi

Transkript

1 Avloppsreningsteknik och Mikrobiologi Henrik Åström, projektledare Ulrika Höglund Albin Nilsson Maria Berlin André Moberg VM-12S Blue Peak AB Mikrobiologi/Reningsteknik Handledare: My Soling

2 Sammanfattning Den mekaniska avloppsreningen består av grovrening och försedimentering. I grovreningen avskiljs träbitar, trasor och sand m.m. med hjälp av rensgaller, silar och sandfång. Dessa är material som kan igensätta transportkanaler eller orsaka slitage på den mekaniska utrustningen. Försedimenteringens syfte är att avlägsna partiklar och flytande material som kan störa efterföljande behandling samt att kunna minska belastningen på denna. Partiklar med högre densitet än vatten sjunker till botten där det skrapas till slamfickor och pumpas till slamhantering. Kemisk fällning används i avloppsrening för att minska fosfor, syreförbrukande material (BOD), samt för att minska industrigifters inverkan på den biologiska reningen. En kemikalie, ett fällningsmedel, tillsätts i avloppsvattnet och startar en reaktion där små partiklar slås ihop och bildar flockar av utfällt fosfor, hydroxid och partiklar. Vid den biologiska reningen omvandlas och koncentreras föroreningar i avloppsvatten med hjälp av levande organismer mikroorganismer. Rening med aktivt slam bygger på att mikroorganismer skall bryta ner organiskt material när de tillväxer. Nedbrytningen innebär en förbränning (oxidation) av det organiska materialet för att mikroorganismerna skall få energi för att överleva och tillväxa. Vissa bakterier kan andas med annat än syre. När bakterierna andas genom oxidation av oorganiskt material, s.k anaerob andning, utnyttjar de t.ex. nitrat, sulfat eller järn för att fånga upp de elektroner som frigörs vid nedbrytningen av en energikälla. Ett exempel på bakterier med anaerob andning är kväveoxiderande bakterier som utvinner sin energi genom att oxidera ammonium till nitrit samt nitrit till nitrat. Dessa används vid kväveavskiljning i avloppsrening. I aktivslamprocessen är syftet med sedimenteringssteget eftersedimenteringen att avskilja både det biologiska och kemiska slammet, dels för att förtjocka slammet innan det leds tillbaka till det biologiska steget som returslam. Avloppsslam bildas som en restprodukt vid avloppsvattenrening och består av partikelaggregat uppslammade i vatten. Det råslam som avskiljs i de olika reningsstegen avskiljs och leds till slambehandlingen, där slammet i olika behandlingsprocesser förtjockas, stabiliseras och avvattnas. Om kvaliteten på slammet är god kan det användas som näringsämne i jordbruk. Reningsprocessera i ett avloppsverk kan orsaka eller drabbas av driftstörningar. I denna rapport finns listor med olika drifstörningar, deras orsaker och möjliga åtgärder. Avloppsreningsverket Hittepåverket har designats för denna rapport. Information om detta verk finns i rapporten att tillgå i en processbeskrivning, ett provtagningsschema, dimensionerande inkommande föroreningsbelastning, dimensionerande hydrauliska belastningar och reningskrav. Bifogat finns även ett processchema. 2

3 Förord Ett stort tack till MittSverige Vatten, Sundsvall, som på befrågan försett oss med uppgifter som gjort det möjligt för oss att framställa denna projektrapport. Tack även till Ulrika Carlsson och Tomas Bäck som tog emot oss på ett givande studiebesök på Tivoliverket den 22/01/2015. Slutligen vill vi rikta ett stort tack till vår handledare My Soling som bistått oss under hela projektet och kommit med förklaringar och återkoppling under arbetets gång. 3

4 Ordlista... 7 Inledning... 9 Bakgrund och syfte Mål Organisation Projektplan Metod Mekanisk rening eller grovrening Försedimentering Olika bassängformer Slamtömning - slamskrapor Lamellsedimentering Sedimentering av aktivt slam Kemisk Rening Flotation Efterbehandling Kemisk Fällning Flockning Hantering av fällningskemikalier Biologisk Rening Aktivslamanläggningar suspenderad biomassa reningsprincip Beskickningssätt Bassängform Returslampumpning Luftning Luftningsmetoder Eftersedimentering Sedimenteringsproblem Biologiska bäddar- biofilmsystem Reningsprocess för biofilmsystem Utformning av högbelastade biobäddar Cirkulationspumpning Ventilation Väggar, filterbotten och bottenplatta Bäddmaterial Spridare

5 Suspenderade bärare suspenderad biofilmsteknik Biorotor Dimensionering av biobäddar Kväveavskiljning Allmänt om kväve Eutrofiering Nitrifikation Denitrifikation Andra metoder för kväveavskiljning Utformning av biologisk kväveavskiljning Efterdenitrifikation Fördenitrifikation Kombination av för-och efterdenitrifiering Slamhantering Förtjockning Sedimenteringsförtjockare Flotationsförtjockare Mekanisk slamförtjockning Stabilisering Rötning Slamluftning Kompostering Kalkbehandling Avvattning Mekanisk avvattning Centrifugering Filtrering Vassbäddar Användning av avloppsslam till åkermark REVAQ certifiering av slamproduktion Processbeskrivning Dimensioneringsgrunder och riktvärden Hydrauliska belastningar... Fel! Bokmärket är inte definierat. Gräns- och riktvärden för slam... Fel! Bokmärket är inte definierat. Provtagning Kontrollparametrar

6 Driftstörningar med åtgärder Mekaniska steget Sandfång Sedimentering Kemisk rening Flotation Kväverening Biologisk rening Slamförtjockning Stabilisering Avvattning Mikroorganismer Mikroorganismers styrsystem Bakterier och tillväxt Protozoer Alger Nedbrytningprocessen Flockbildning Driftstörningar Slutsats Källor och litteraturförteckning

7 Ordlista Adhesion Aerob Anaerob molekylär vidhäftning i närvaro av syre utan tillgång till syre Antracit bergart Autotrof organism använder icke-organiskt material för sin tillväxt och tar energi ur energirika oorganiska ämnen Avskiljningsgrad BOD COD Dispersion Flock GF GR Gångtid Heterotrof organism Hydraulisk belastning Hydroxid Intermittent Oxidation Patogen Periferi ph Polymer Reduktion hur stor andel av TS-mängden i inkommande slam som återfinns i det förtjockade slammet. biochemical Oxygen Demand chemical Oxygen Demand blandning av två komponenter, av vilka den ena bildar partiklar, blåsor eller droppar i den andra. en oregelbunden hopklumpning av flera partiklar glödförlust organisk del av TS glödrest ickeorganisk del av TS tiden ett filter kan drivas mellan spolningar kräver organiskt material för sin tillväxt (m 3 avloppsvatten per m 2 bassängyta och timme) = m 3 /m 2, h (m/h) kemisk förening mellan positiva metalljoner och negativa hydroxyljoner förlopp som äger rum med återkommande avbrott kemisk reaktion vid vilken ett ämne avger en eller flera elektroner sjukdomsalstrande omkrets surhetsgrad många merer ; långkedjiga organiska ämnen, ofta med förmåga att bilda bryggor och därmed underlätta flockning. (Jmf. Monomer = ämnen som kan bilda långa kedjor och ingå som byggsten i en polymer) kemisk reaktion vid vilken ett ämne upptar en eller flera elektroner 7

8 REVAQ Slaglängd Substrat TS TS-belastning certifieringssystem som arbetar för att minska flödet av farliga ämnen till reningsverk och skapa en hållbar återföring av växtnäring till jordbruket. 1 avstånd mellan övre och nedre vändläge hos en kolv i motor material som bakterier växer av (organiskt material, närsalter och spårämnen) torrsubstans allt utom vatten i avloppsslam (kg TS per m 2 bassängyta och timme) = kg TS/m 2, h 1 8

9 Inledning I den här rapporten redovisar vi vilka reningsprocesser som används vid avloppsrening, hur dessa fungerar och vilka driftstörningar de kan orsaka eller drabbas av. Vilka processer ett avloppreningsverk använder kan bero på sammansättningen av det avloppsvatten verket tar emot, de krav som ställs på det renade vattnet, samt lokala förhållanden som t.ex. utomhustemperatur. Några av behandlingsmetoderna vi redovisar är mekanisk rening, kemisk rening, biologisk rening samt slambehandling. Denna information har vi redovisat i form av en drift- och skötselinstruktion, som utöver teoretisk information om de olika avloppreningsprocesserna även innehåller ett provtagningsschema, dimensioneringsgrunder, ett processchema och en processbeskrivning som alla tillhör vårt eget avloppsreningsverk Hittepåverket som vi designat för detta projekt. Till slut beskriver vi även ingående mikrobiologi mikroorganismers levnadsbetingelser, deras funktion och syfte i biologisk rening av avloppsvatten, samt driftstörningar de kan orsaka och drabbas av. 9

10 Bakgrund och syfte Vi är fem studenter som går utbildningen Vatten- och miljöteknik och detta är vårt tredje projekt som syftar till att upprätta en drift- och skötselinstruktion för ett avloppsvattenverk, samt skriva om vilka mikroorganismer som förekommer i en biologisk avlopssrening och hur de fungerar. Projektet har pågått mellan den 8 januari 2015 till den 19 februari Mål Målet för vårt projekt är att sammanställa en rapport som innehåller en drift- och skötselinstruktion för ett avloppsreningsverk som innehåller en allmän beskrivning av de olika reningsfaserna i avloppsvattenreningen, en processbeskrivning, ett processchema, en checklista för driftstörningar med åtgärdsförslag, ett provtagningsschema samt dimensioneringsgrunderna för avloppsreningsverket. Rapporten ska också innehålla en beskrivning av de mikroorganismer som används i en biologisk rening av avloppsvatten samt deras funktioner och eventuella driftstörningar de kan förorsaka. För att uppnå vårt mål har vi delat upp innehållet i delmål med tidsgränser för när de olika delarna i rapporten ska vara färdiga, samt avsatt tid för sammanställning och justering av projektrapporten och förberedelse inför skriftlig och muntlig presentation. Organisation Projektledare är Henrik Åström. Övriga projektgruppsmedlemmar är Maria Berlin, André Moberg, Albin Nilsson och Ulrika Höglund. Vi rapporterar till vår handledare, My Soling. Projektplan Projektet har grovt planerats vilket framgår av det bifogade GANTT-schema som vi tagit fram med hjälp av Excel. Vår projektplan kommer vi att betrakta som ett levande dokument som uppdateras i samband med basgruppsmöten eller allt eftersom då den inte längre överensstämmer med verkligheten. Metod Vi kommer arbeta enligt ProblemBaseratLärande-metoden (PBL). Projektgruppen har träffats och fördelat arbetet på gruppens medlemmar. Medlemmarna inhämtar fakta och information kring sina områden som sedan sammanställs och presenteras så att hela gruppen får ta del och ge synpunkter. Under projektets gång har vi varit på ett studiebesök vid Tivoliverket avloppsverk där vi fick en inblick i de processer som verket använder vid rening av avloppsvatten. Därefter sammanställde vi den fakta vi samlat in till en gemensam projektrapport som redovisas muntligt och skriftligt. 10

11 Drift- och skötselinstruktion Hittepåverket Mekanisk rening eller grovrening Man byggde de första reningsverken för att kunna avskilja flytande och fasta partiklar, dvs mekanisk rening. Den mekaniska reningen består av två delar och det är grovrening (ingår alltid) och försedimentering (finns i de allra flesta verk). Den första delen av grovreningen består av galler och silar. Syftet med gallret eller silen är att kunna rensa bort träbitar, trasor, bindor och sand med mera. Detta skräp skapar problem med igensättningar i pumpar och ventiler och bör därmed tas bort så fort som möjligt i början av reningsprocessen. 2 Avskiljningen i galler eller sil bygger på silning. Vid silningen avskiljs partiklar som är större än silens öppning. I silens öppning är det ett hål eller öppning i ett masknät medan det i gallrets öppning är en spalt. Det är inte endast för grovrening som silar används de kan även användas vid vissa delar av biologisk rening eller istället för filter för slutbehandling av renat avloppsvatten. Men då krävs en maskvidd på under 100mikrometer. Dessa silar brukar kallas för mikrosilar. Galler och silar kan delas in i flera olika typer; 3 Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 7 Vrakgaller Normalt handresande och fungerar som skydd och säkerhetsgaller för efterföljande utrustning. Den har stor spaltvidd och fångar upp en hel del trasor och måste därför rengöras kontinuerligt. Innan man anskaffar ett vrakgaller kan det vara bra att göra en avvägning mellan arbetet med rensning kontra ökande skaderisk för utrustningen. 2 Svenskt vatten, Avloppsteknik 1, sid 44 3 Svenskt vatten, Avloppsteknik 2, sid 7 11

12 Grovgaller Detta galler består av en ramkonstruktion som har ett antal stående stålstavar infästa i sig. Denna ramkostruktion är placerad i avloppsvattenkanalen. Galler har en lutning på ca grader. I avloppsvattenkanalen försöker man åstadkomma ett vattenflöde på minst 0,6 m/s för att försöka förhindra avsättningar. Man vill inte ha för snabbt vattenflöde för då kan trasor och dylikt tryckas igenom gallret. Nu för tiden är grovgaller alltid maskinrensade. Grovgallerrensningen sker genom att en krattliknande skrapanordning sänks ned i kanalen. Skrapan består av tänder som passar precis in mellan gallrets spalter. När skraparmen dras upp följer annat skräp och trasor med. 4 Maskinrensat galler. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 8 4 Ibid, sid 8 12

13 Fingaller På ett fingaller är spaltvidden mellan 1-6 mm. Detta galler finns i olika konstruktioner. En av konstruktionerna kallas för steggaller. Steggallret består av två paket med stavar. Profilen på stavarna är trappformad. Det ena är stationärt och det andra rör sig i cirkelformade rörelser samtidigt som det hela tiden är parallellt med det stationära paketet. På detta sätt förs materialet upp ur kanalen och fastnar på gallret trappsteg för trappsteg. Steggaller. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 9 13

14 Silar Trumsil kan vara alternativ till fingaller. Denna sil består av en trumma som roterar sakta. Avloppsvattnet passerar silhålen och rensgodset blir kvar. Med hjälp av en transportanordning tas renset bort. Om trumman överbelastas för mycket kan vattennivån stiga och vattnet följa med rensgodset. Därför är en trumsil försedd med en bräddanordning. Öppningarna på trummsilen hålls öppna genom roterande borstar och spolning. Silen bör vara inkapslad eftersom det kan bildas aerosoler 5 vid spolningen. 6 Invändigt matad roterande trumsil. Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 10 Hantering av rensgodset Rensgodset innehåller slam det är därför ohygieniskt och har en stark lukt. Man kan minska denna lukt genom att tvätta rensmaterialet med en rensgodstvätt eller så kan man bekämpa lukten genom att man kalkar i containern som innehåller rensgodset. Därefter kan man antingen förbränna rensmaterialet eller finmala det och föra det till en rötningskammare. Förr var det vanligt att transportera rensgodset till en deponi men nuför tiden är det väldigt ovanligt att göra så. 7 Sandfång Sandfång placeras normalt efter grovgaller i behandlingskedjan. Den andra delen av grovreningen består av sandfånget. I avloppsvattnet finna det alltid mer eller mindre mängd sand. Detta material kan ge slitage på den mekaniska utrustningen och täppa igen transportkanaler och ge avsättningar i bassänger. Därför bör man så tidigt som möjligt i processen ta bort sanden men inte partiklar av organisk karaktär (de ska avskiljas i sedimenteringen). För att kunna uppnå detta så använder man sig av ett luftat sandfång. 5 System av finfördelade partiklar (av vätska eller fast ämne) i luft eller gas. 6 Svenskt vatten, Avloppsteknik 2, sid Ibid, sid

15 Luftat sandfång består av en kanal där luft blåses in längs kanalens ena sida. Vattnet som genomströmmar kanalen får en roterande rörelse. Det material som består av lägre densitet än sand hålls då svävande medan det mesta av sanden kan sedimentera. Det avsätts annat material än sand bla kaffesump och annat organsiskt material. Sanden som pumpas upp luktar oftast illa. Därför kombineras sandfånget oftast med en sandtvätt. Är sanden tvättad kan man möjligtvis kunna använda det som täckningsmaterial på deponier. Detta är den sista processen i grovreningen. 8 Luftat sandfång. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 11 Försedimentering Efter grovreningen är det försedimentering. Sedimentering finns oftast efter varje reningssteg i avloppsverken. I ett så kallande trestegsreningsverk finns sedimentering i början av reningsverket och efter biologisk rening och som i den slutliga kemiska fällningen. 9 Försedimenteringens syfte är att avlägsna partiklar och flytande material som kan störa efterföljande behandling samt att kunna minska belastningen på denna. Partiklar med högre densitet än vatten sjunker till botten och material med lägre densitet samlas på ytan när avloppsvattnet sakta strömmar in genom försedimenteringsbassängen Svenskt vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 1, sid

16 Det finns tre olika sedimenteringstyper. Den första typen kallas för diskret sedimentering det innebär att enskilda partiklar sedimenterar fritt utan att påverkas av andra partiklar. Sedimentering av sand är ett exempel på detta. Den andra typen kallas för flockulent sedimentering. I denna typ är det partiklar som sedimenterar som kan slås samman med andra partiklar (flockas) och öka i partikelstorlek under sedimenteringsförloppet. Som exempel på flockulent sedimentering är försedimentering och sedimentering med kemisk fällning. Det kan även vara sedimentering efter biologisk rening med biofilmsprocesser. Den tredje och sista typen kallas för hindrad sedimentering vilket innebär att när koncentrationen av partiklar som sedimenterar är så stor att den påverkar sedimenteringsförloppet som vid sedimentering av aktivt slam. 11 En partikels hastighet kan beräknas med hjälp av Stokes lag. Stokes lag gäller för runda partiklar som sjunker sakta. Stokes lag visar på vilka faktorer som har betydelse för sjunkhastigheten. En partikel på 0,2 mm sjunker ca 4 ggr så fort som en partikel på 0,1mm. Kan man skapa större partiklar är detta gynnsamt. Amerikanen Hazen införde begreppet ytbelastning. Med det menas att han antog att vattenmängden som kom in i sedimenteringsbassängen fördelades jämn över hela bassängens tvärsnitt och sedan strömmande med samma hastighet i hela tvärsnittet till bassängens utloppsände. En partikel som kommer in överst i bassängen skall hinna sjunka ned på botten av bassängen innan vattnet når utloppsändan. Ytbelastningen är lika med sjunkhastigheten för den partikel som nätt och jämnt hinner avskiljas och är därför avgörande för sedimenteringsresultatet. Grunda bassänger ger sämre avskiljning än djupa. Det beror på att det redan avsatta materialet kan eroderas av bottenströmmarna och lämna bassängerna med det utgående vattnet. Djupet bör vara minst 2,5 m. Bassängdjupet är av särskild betydelse när höga halter av suspenderat material som aktivt slam skall sedimentera. Bassänger för sedimentering av aktivt slam bör vara minst 3 meter djupa och djup på 4-5 meter är ofta gynnsamt. 12 Olika bassängformer Utformningen av sedimenteringsbassänger finns på olika sätt. I de allra äldsta anläggningarna är bassängerna av rektangulär planform och ofta grunda med utloppsskiborden koncentrerade i utloppsänden (Figur 8a). De nya bassängerna består också av rektangulär planform men är djupare och utloppsskiborden är fördelad över cirka halva bassängytan (Figur 8c). Dessa bassängtyper kallas ibland för horisontal- respektive vertikalströmmningsbassänger. Internationellt används bassänger med cirkulär planform, dessa kan göras stora med en diameter ända upp till 75 m kan förekomma (Figur 8b). De små sedimenteringsbassängerna utformas ibland som en kon (Figur 8d). Om bassängväggarnas lutning är minst cirka 60 grader kan man undvika skrapor. 13 För sedimentering av aktivt slam finns också bassänger med rektangulär planform med inloppet längs ena långsidan och utloppet längs den andra. Dessa kallas för tvärströmmningsbassänger. 11 Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid

17 Sedimenteringsbassänger. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 18 Slamtömning - slamskrapor Slamtömningen sker genom att slammet skrapas till slamfickor, varifrån det pumpas bort. Slammfickornas bottenarea bör inte vara för stor eftersom slam kan bli liggande (skapa döda zoner) Ibland är slamfickorna försedda med långsamtgående omrörare vilket kan underlätta förtjockningen i slamfickorna. I de rektangulära bassängerna sker slamskrapningen oftast med kedjeskrapor. I Sverige är kedjeskrapor vanliga och består av skrapblad fastsatta i kedjor av järn eller specialplast, och som på botten skjuter slammet mot slamfickan och på ytan för fram eventuellt flytslam till en flytslamsränna. För aktivt och kemiskt slam används ibland sugslamsskrapor. Slammet skrapas ihop av snedställda skrapblad som sugs upp i ett häverttör som leder slammet till en ränna längs bassängkanten. Pistongdrivna stegskrapor 14 består av ett antal skrapblad monterande på en gemensam arm. Skrapbladen har en vertikal framsida och en lutande baksida. Den gemensamma armen löper i bassängens längdriktning. Den drivs fram och tillbaka. 15 Rörelserna föser slammet fram mot slamfickan. Framåtrörelsen är långsam medan returen sker snabbt för att slammet ej skall följa med tillbaka. Denna skraptyp är mest lämpad för aktivt slam. I bassänger som är runda sker skapningen med roterande bottenskrapor som skrapar slammet till en i centrum belägen slamficka. Man kan använda sig här av snedställda skrapskivor eller en enda sammanhängande spiralformad skrapa. Traversskrapor används vid rektangulära bassänger. Denna konstruktion består av en vagn tvärs över bassängen med hjul som löper på bassängens kanter. På vagnen finns en skrapa som i nedsänkt läge skrapar slammet till slamfickan. När vagnen går tillbaka kan skrapan ligga i vattenytan och fösa flytslam till en flytslamsränna. 14 Pistong =kolv i cylinder. 15 Svensk Vatten, Avloppsteknik 2, sid 19 17

18 Fördelen med denna skrapa är att inga konstruktionsdelar är monterande under vatten 16 Skrapanordningar finns i bassängen som samlar upp det avsatta materialet eller slammet till en slamficka i bassängen. Från denna ficka pumpas slammet vidare till slambehandlingen. Exempel på utformning av skrapor. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 19 Lamellsedimentering Lameller är snedställda skivor som placeras i bassängen. Avståndet mellan lamellerna är i avloppstillämpningar ofta ca 10 centimeter. Härigenom kan man få in ett stort antal bottnar i bassängen. Lamellerna lutas vilket beror på att man vill att det slam som sedimenterar på lamellerna skall glida av, så att man inte behöver skrapa av slammet. Lutningen måste därför vara minst grader. 17 Lamellsedimentering används normalt inte för försedimentering, då det finns risk för att slammet inte glider av lamellerna. Lamellsedimentering har använts för aktivt slam i Sverige men resultaten har varit mindre bra. I Sverige använder man lamellsedimentering för avskiljning av slam efter kemisk fällning. Man måste räkna med rengöring av lamellerna eftersom det blir en påväxt på dessa och bassängerna behöver också tömmas då och då för rengöring. En svårighet vid utformning av lamellsedimenteringsanläggningar är att fördela inkommande vatten jämnt på alla lameller. Ett annat problem är att inkommande vatten inte möter det sedimenterande slammet. En lösning är att föra in vattnet på lamellernas sidor. Vattnet strömmar sedan uppåt, medan det sedimenterade slammet glider nedåt Svensk Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 21 18

19 Sprängskiss på lamellsedimenteringsbassäng. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 20 Sedimentering av aktivt slam När det gäller sedimentering av aktivt slam är följande av betydelse; de enskilda aktivslamflockarnas sjunkhastighet, slammets förmåga att koncentreras (dess förtjockningskapacitet), bassängens djup och bassängens hydraulik i övrigt. Djupet är av stor betydelse för sedimenteringsbassänger för aktivt slam. Ju större djup desto mindre känsliga är bassängerna för flödesvariationer. Nu för tiden dimensioneras sedimenteringsbassänger för aktivt slam sällan med mindre djup än 4 m. I äldre verk förekommer ofta grundare bassänger Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 22 19

20 Samspelet mellan luftningsbassäng och sedimenteringsbassäng vid aktivslamprocessen. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 22 20

21 Kemisk Rening Flotation Med flotation menas att partiklarna i vattnet som har lägre densitet än vattnet stiger till ytan. Men partiklarna i avloppsvatten har högre densitet än vattnet och sedimenterar därför vanligtvis. Så för att uppnå flotation tillsätts luft under tryck som bildar små gasbubblor vilka fäster i slampartiklarna på olika sätt (adhesion, infångning, inneslutning) och på så vis minskas densiteten hos de bildade flockarna och de stiger till ytan för att skrapas bort med en ytskrapa och sedan transporteras vidare till slamhanteringen. (behöver även en bottenskrapa då en del slam kan sedimentera) Vid flotation används direktfällning eller efterfällning. Flotation avskiljer små partiklar bättre, och de är ofta en lägre koncentration suspenderad substans än vid sedimentering. Vid en flotationsbassäng byggs ett tryck upp i ett trycktank kopplat till bassängen med hjälp av en kompressor. Vattnet i trycktanken, kallat dispersionsvatten, mättas till mellan 60-90% beroende på tankens utformning och blandas först via huvudflödet för att sedan spridas via flera ventiler och munstycken över hela bassängens bredd för att få en bra inblandning. För att flotationen ska fungera optimalt behövs tillräckligt med dispersionsvatten tillsättas. i vanliga fall är flödet 10-15% och att tillsätta mer dispersionsvatten ökar normalt bara energiförbrukningen utan att ge ett bättre resultat. Slammet som ska avskiljas är det översta skiktet vid ytan där koncentration är högst. Det görs med slamskrapor som drivs intermittent, exempelvis 2-3 minuter varannan timme, men tidsmellanrummet styrs av slammängden. Slamskiktet vid ytan bör vara mellan 5-10 cm tjockt. Slammet som sedimenteras tas bort av en bottenskrapa 1-2 ggr per dygn och pumpas till slamlagret. Det floterade slammet pumpas eller skruvas till lagret. Den maskinella utrustningen ska kontrolleras varje arbetsdag. Efterbehandling Om kraven på utsläpp av partiklar och/eller fosfor är 0,3 mg P/l eller mindre behövs de ytterligare partikelavskiljning efter sedimentering. Man använder sig då av filtrering, mikrosilning eller flotation då de kvarvarande partiklarna är väldigt små och/eller lätta. Vid filtrering går vattnen genom filtermediet, som vanligtvis består av sand, varvid de fasta partiklarna fastnar och separeras från vattnet som passerar igenom. En filterbädd kan utformas på många sätt och ha olika typer och sammansättningar av filtermaterial. T ex. kan bädden bestå av ett filtermaterial, en-mediafilter, men också av två eller flera skikt med olika filtermaterial, två-, tre- och fler-mediafilter. Vid filtrering av avloppsvatten är tvåmediafilter vanliga. Typer av filtermaterial: sand,antracit, olika slags expanderad lera. Viktigaste egenskaperna hos materialet är kornens form, storlek, fördelning och densitet. Exempelvis då vid avloppsvattnenfiltrering med ett två-mediafilter skulle det översta lagret kunna bestå av antracit med kornstorleken 1,6-2,5 mm och det undre lagret av sand med storleken 0,8-1,0 mm. 21

22 Den vanligaste utformningen är av typen nedströmsfilter som drivs intermittent. Det filtret består av en kvadratisk eller rektangulär betongbehållare som är öppen upptill, och där är filterytan sällan är större än 70 m². Här samlas och leds det filtrerade vattnet ut i botten. Den finns också typen uppstömsfilter, som i princip har fördelen att vattnet först möter de grövsta kornen i filterbädden. Men det har också svagheten att renspolning är svårare att uppnå vilket har medfört driftproblem. Normalt drivs filter med intermittent spolning (det finns också filter med kontinuerlig spolning, Dynasand). Detta för att efter en tid sätts filtret igen av de avskilda materialet. Men också för att förhindra oönskad biologisk växt som kan ge driftproblem. Vid spolning pumpas filtrerat vatten in underifrån bädden, ofta tillsammans med luft. Filtrering av avloppsvatten sker med filtreringshastigheter mellan m/h med ca 1 dygn mellan spolningar. Hur stor filteryta som krävs baseras på den hydrauliska belastningen eller slamlagringskapaciteten, som i sin tur styrs av halten suspenderad substans i inflödet till filtret. För att beräkna avskild slammängd och slamlagringskapacitet behövs SS in och ut från filtret mätas, samt de mätningar som utsläppskontrollen kräver. Driftstörningar vid filtrering är korta gångtider och stort initialmotsånd. Initialmotståndet beror av filtreringshastigheten och kan påverkas av exempelvis ventiler som inte står i rätt läge. Men tyder vanligast på att filtret inte är spolat. Som åtgärd rekommenderas en långvarig spolning med lufttillförsel. Korta gångtider kan också bero på dåligt spolat filter, men här måste gångtiden sättas i relation till koncentrationen SS i inflödet i filtret. 20 Kemisk Fällning Kemisk fällning används i reningsverken för att minska fosfor, minska syreförbrukande material (BOD) samt att minska industrigifters inverkan på den biologiska reningen. En kemikalie, fällningsmedlet, tillsätts i avloppsvattnet och startar en reaktion där små partiklar slås ihop och bildar flockar av utfällt fosfor, hydroxid och partiklar. De kemikalier som finns att tillgå är bl.a. järn- eller aluminiumsalt, polymer, polyaluminiumklorid och kalk. När man avgör vilket fällningsmedel som ska används i sitt reningsverk tittar man på avloppsvattnets flöde och variationer i flödet, hur avloppsvattnet är sammansatt, flockningsbassängernas storlek och utformning, flockningshastighet, förtjockningsegenskaper hos slammet m.m. Man tar även hänsyn till och hantering av kemikalien. 20 Avloppsteknik 2. Kap 14 22

23 När fällningsmedel tillsätts i avloppsvattnet startar tre processer. Man får en fosfatutfällnig, partikelfällning och hydroxidfällning. Utfällningsreaktionerna där partiklar neutraliseras och metallfosfat bildas sker relativt snabbt, ca 1 sekund. Men då reaktionen för att bilda hydroxidflockar tar mellan 1-7 sekunder är det viktigt med en snabb inblandning av fällningskemikalien, vilket kan ske med särskild utrustning(?) eller genom att skapa en turbulent zon vid inblandningen. För att uppnå önskat reningsresultat i den kemiska fällningen behöver fällningskemikalien blandas in under hög energitillförsel, men i liten volym, allt för att få ut kemikalien i vattnet så fort som möjligt. Det kan bland annat uppnås genom omblandning, vilket är turbulens skapad med omrörare, de kan ske i en pump, via luftinblåsning eller genom att utnyttja vattnets rörelseenergi i en turbulent zon. Avloppsvattnets ph-värde är av betydelse för att utfällningen och flockbildningen ska lyckas då de bildade flockarna löses upp både vid för låga och för höga ph-värden. Flockens styrka, alltså förmågan att hålla samman, är också viktig för flockbildningen. Tillsätts polymer underlättas flockbildning och flocken blir starkare. Man kan tillsätta sin fällningskemikalie på olika ställen i sitt reningsverk, man skiljer på fyra fällningsförfaranden: Direktfällning Reningen äger rum som enda steg efter mekanisk rening Förfällning Fällningen sker före den biologiska reningen Efterfällning Kemikalierna tillsätts efter den biologiska reningen Simultanfällning Kemisk och biologisk behandling sker i samma reningssteg. Kemikalien tillsätts antingen före luftningsbassängen eller direkt i luftningsbassängen. Flockbildningen sker också i luftningsbassängen. En kombination av två eller flera kallas Flerpunktsfällning. 23

24 Flockning När partiklar och flockar (kemflock) sedan börjar bildas har man ofta som avsikt att få flockarna att växa och bli så stora som möjligt. Men den exakta typen av önskad flock bestäms av efterföljande separationsprocess. Sedimentering Stora och täta flockar ökar sedimenteringshastigheten och slammets egenskaper förbättras. Uppnås genom flera seriekopplade flockningskammare med avtagande omrörarhastighet. Flotation Små och täta flockar, vilket uppnås med förre kammare och med högre hastighet på omrörningen i sista kammaren, samt kortare uppehållstid. Filtrering Oftast behövs ingen kammare innan filtreringen men för stora flockar kan sätta igen filtret på kort tid. En flockningsenhets utformning kan se ut på ett flertal sätt, och med varianter av olika omrörare eller ibland också luft. Vid t.ex. direktfällning och efterfällning räcker det med en enda flockningsbassäng, men det vanligaste är att seriekoppla mellan 2-4 bassänger där omrörningen sker med horisontella paddelomrörare. Omrörning kan även ske med vertikala grindomrörare eller långsamtgående propelleromrörare. Hastigheten på omrörarna bör gå från hög i första bassängen till låg (0,1 m/s) i sista. Det för att tidigt skapa god kontakt mellan de nybildade flockarna i första bassängen för att därefter successivt minska hastigheten och därmed risken att flockarna slås sönder. Flockarna ska inte sedimentera i flockningskamrarna så hastigheten får inte heller vara för låg. Temperatur samt typen av vatten som ska renas styr vilken uppehållstid vattnet ska ha i flockningskamrarna. Total uppehållstid bör vara mellan minuter då flockarna vid för lång tid kan rivas upp när de krockar med varann. Den kontinuerliga kontrollen består av mätning av ph- värde i sista flockningskammaren, fällningskemikalernas dosering samt mätning av siktdjupet i sedimenteringsbassängen. Prov tas både på in- och utgående vatten för halter av fosfatfosfor, totalfosfor och suspenderad substans (SS). Slammängden kontrolleras genom mätning av pumpad slamvolym. Halten av SS analyseras i ett prov från det utpumpade slammet. Hantering av fällningskemikalier Fällningskemikalier finns att tillgå i fast eller flytande form och doseras på olika sätt. Flytande kemikalier doseras utspätt med en doserpump. Här är det viktigt att pumpen har rätt storlek så den klarar att dosera både vid höga och låga flöden. För en jämn dosering bör pumpen gå med hög frekvens och kort slaglängd. 24

25 Är fällningskemikalien i fast form löses den normalt upp i vatten innan doseringen. Aluminiumsulfat löses upp till mellan 5 och 40 % i koncentration, vanligtvis i en tratt med vattentillförsel, för att sedan ledas till doseringsstället. Järnsulfat bereds först till en mättad lösning för att sen spädas ut till önskad koncentration innan den doseras med doserpump. Blir koncentrationen av kemikalien i lösningen för låg kan ph i lösningen bli så pass hög att kemikalien reagerar med vattnet redan innan lösningen doserats och blir därmed verkningslös. För lagring av flytande kemikalier används glasfiberarmerade plasttankar. Aluminiumsulfat lagras vanligtvis i stålsilos medans järnsulfat levereras direkt till upplösningsbassängen Avloppsteknik 2. Kap 15 25

26 Biologisk Rening Vid den biologiska reningen omvandlas och koncentreras föroreningar i avloppsvatten med hjälp av levande organismer. I de konventionella reningsverken är de enbart mikroorganismer som har någon betydelse. Mikroorganismer är levande organismer som är så små att de inte kan iakttas med blotta ögat. Till mikroorganismer räknas bland annat bakterier, mögel och jästsvampar, alger samt protozoer. När det gäller den biologiska behandlingen av avloppsvatten är det oftast bakterier som har den största betydelsen, med det finns andra anläggningstyper (biodammar) där alger används. 22 Sammansättningen hos bakteriesamhället i ett biologiskt reningsverk är aldrig konstant eftersom förutsättningarna för tillväxt allt förändras genom att avloppsvattnets sammansättning förändras, temperaturen varierar, driften ändras med mera. För rening i ett avloppsverk kommer att artrikt bakteriesamhälle att vara effektivare än ett artfattigt. En väldigt viktig egenskap hos bakterierna i biologiska reningsverk är att de har en tendens att klumpa ihop sig till större flockar, vilka till skillnad från fritt svävande bakterier, kan avskiljas genom sedimentering. Detta är en av grundförutsättningarna för aktivslamprocessen. 23 Aktivslamanläggningar suspenderad biomassa reningsprincip Rening med aktivt slam bygger på att mikroorganismer (framförallt bakterier) skall bryta ner organiskt material när de tillväxer. De biologiska verksamma mikroorganismerna (bakterier och protozoer) förekommer i avloppsvattnet i form av brunaktiga slamflockar. Principen för aktivslamprocessen är att uppehållstiden för slammet skall vara längre än uppehållstiden för vattnet i den volym som används. För att man ska kunna uppnå tillfredställande nedbrytning av föroreningarna i rimligt stora volymer fodras en stor slammängd i luftningsbassängen. Detta åstadkoms genom att huvuddelen av det aktiva slam som avskiljs i eftersedimenteringsbassängen återförs som returslam. En mindre del, motsvarande det kontinuerligt bildade slammet uttas som biologisk överskottsslam. Flödesschema över aktivslamprocess med försedimentering. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocess, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 67 26

27 De grundläggande förutsättningarna för ett aktivslamsystem för BOD-avskiljning är: Luftad bassäng med mikroorganismer som tillväxer och klumpar ihop sig (slam) Syretillförsel för att mikroorganismerna skall förbränna organiskt material (luftning) Omblandning för att hålla mikroorganismerna svävande i avloppsvattnet (luftning eller omrörning) Separering av renat avloppsvatten från mikroorganismer och partiklar (sedimentering) Ihopsamling och återförening av mikroorganismer till luftad bassäng (returslamsystem) Uttag av tillväxten av mikroorganismer (överskottslamuttag) Nedbrytningen innebär en förbränning (oxidation) av det organiska materialet för att mikroorganismerna skall få energi för att överleva och tillväxa. Vid oxidationen förbrukar de syre. De biokemiska processerna sker under bildning av koldioxid och vatten samt frigörande av sönderdelningsprodukter. Slammet adsorberar 24 även fritt svävande kolloidala 25 partiklar som ej kan sedimentera av egen kraft. Adsorbtionen kräver en kontakttid på endast några minuter vid effektiv inblandning och tillräcklig hög slamhalt. Flockens egenskaper är viktiga för reningsgraden i aktivslamprocessen. 26 Vid aktivslamreningen av BOD kommer det tillförda materialet att fördela sig på följande sätt; % bryts ner genom oxidation till koldioxiod, vatten och närsalter (förbränning) % avlägsnas med överskottsslammet ur processen (slamtillväxt) % avgår med utgående vatten (ej förbrukat löst organiskt material och suspenderad substans). Reningsförloppet i aktivslamprocessen = nedbrytning av organiskt material under syreförbrukning. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid Adsorbera uppta ämne på ytan 25 Kollodiala och findispersa ämnen ämnen som kan utgöras av mycket små, svävande partiklar 26 Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Förbränning =oxidation för utvinnande av energi 28 Slamtillväxt=nybildning av bakterieceller 27

28 Den organiska substansens fördelning i en aktivslamprocess. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 75 Beskickningssätt Den ursprungliga processutformningen karakteriseras av att avloppsvatten och returslam sammanförs vid inloppet till luftningsbassängen. Med utgångspunkt från denna metod utvecklades beskickningssätten stegbeskickning och kontaktstabilisering. Införandet av kväveavskiljning har gjort dessa mindre vanliga. De kan utföras med eller utan försedimentering. Stegbeskickning Innebär att avloppsvattnet fördelas ut över en sträcka av bassängens längd istället för att tillföras i inloppet av luftningsbassängen. Returslammet tillförs som i grundutförandet i början av luftningsbassängen. Det medför en högre andel slam i början av bassängen men som minskar mot utloppet eftersom returslammet späds mer och mer av avloppsvattnet. Med detta kan en större slammängd rymmas i luftningsbassängen vid oförändrad slamhalt i utgående vatten till eftersedimenteringen. Samtidigt kan man erhålla en jämnare fördelning av reaktionsförloppet (syreförbrukningen) i luftningsbassängen. 29 Kontaktstabilisering Vid denna process sammanförs avloppsvatten och returslam vid inloppet till luftningsbassängen. Till skillnad för grundutförandet har returslammet genomgått luftning i aktiveringsbassängen innan sammanföringen sker. Partikulärt BOD, som inte bryts ner under den relativt korta tiden i kontaktbassängen, adsorberas på flocken. När retuslammet därefter luftas i aktiveringsbassängen bryts denna BOD ner. En fördel med processen är att en hög medelslamhalt kan erhållas. Genom att införa en så kallad selektor kan sammansättningen av bakterier i slammet påverkas. Sammansättningen har stor betydelse för bland annat det aktiva slammets sedimenteringsegenskaper Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 77 28

29 Bassängform Totalomblandning en process där avloppsvattnet omedelbart och fullständigt blandas med luftningsbassängen hela slaminnehåll. Styrningsprocessen blir enklare samt olägenheter med stötar av höga koncentrationer mindre. Pluggflöde en följd av tänkta volymer (pluggar) med avloppsvattnet och slam som rör sig genom bassängen och inte blandar sig med varandra. Långa bassänger med högt längd/bredd-förhållande utan längsgående kortslutningsströmmar liknar den teoretiska definitionen av pluggflödestankar. Vanligt är att gamla pluggflödestankar byggs om till en serie totalomblandande tankar. Detta gör att zonindelningen blir tydlig mellan luftande och oluftande zoner samt att risk för kortsluttningsströmmar minskar. Nya bassänger byggs normalt bredare än vad som gjordes tidigare. 31 Bassängformens påverkan på flödesbilden i bassängen. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 78 Returslampumpning För att upprätthålla en viss slamhalt i luftningsbassängen sker returpumpning av slam från efterföljande sedimenteringsbassäng. Returslampumpningen måste vara tillräcklig för att återföra det i sedimenteringsbassäng avskilja slammet till luftningsbassängen. Det minsta tänkbara returslamflödet bestäms av slamvolymen i utloppet från luftningsbassängen. Returpumpningen i mindre reningsverk sker oftast med ett konstant flöde. 32 Idag används SBR (satsvis biologisk rening) eller konvetionell aktivslam i allt högre utsträckning. Slammet läggs ut på torkbäddar med eller utan växtlighet eller transporteras till ett reningsverk med slambehandlingsprocess. I SBR-processen leds inte avloppsvattnet kontinuerligt till reaktorn där reningen skall ske, utan fylls på och avtappas efter tidsschema. 31 Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 78 29

30 Detta betyder att processen är satsvis. Samma reaktor (bassäng/tank) används för luftning och sedimentering vilket gör att ingen returslampumpning behövs. Följande behandlingscykler förekommer vanligtvis: Cyklerna i en SBR-process. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 80 Luftning I första hand är luftningens uppgift att tillföra syre till de syrekrävande biologiska processerna, samt att hålla slammet suspenderat. Andra syften kan exempelvis vara att avlägsna svavelväte från anaerobt avloppsvatten eller att åstadkomma kontrollerad avskiljning i ett luftat sandfång. 33 Luftningsbassänger Bassängerna utformas vanligen som en kanal med kvadratisk eller rektangulär tvärsektion. Vattendjupet är 3-12 m och bredden 3-10 m. För att undvika alltför stor längd brukar volymen uppdelas i två eller flera bassänger. Som antingen drivs i serie eller parallellt. Förhållandet mellan bassängbredd och bassängdjup är beroende på luftartyp. 33 Svenskt Vatten, Avlopssteknik 2, sid 80 30

31 För bottenluftare är förhållandet vanligen 1`a 1,5:1 medan ytluftare kräver en bredd, som är minst 3 gånger djupet. 34 Luftningsmetoder Det vanligaste sättet att blåsa in luft i en aktivslambassäng i Sverige är genom bottenmonterade membranluftare (nålperforerade gummimembran eller slangar). Luften drivs in med olika typer av blåsmaskiner, främst vridkolvmaskiner, fläktar eller turbokompressorer. Andra sätt att sprida luften i vattnet är via anordningar av exempelvis perforerade rör, dysor eller plattor och domer av keramisk material. Ytan mellan luft och vatten skall vara så stor som möjligt för effektiv syretransport till vattnet. Mest yta får man om många små bubblor finns i vattnet. De för syretransporten nödvändiga kontaktytorna mellan luft och vatten kan också åstadkommas med mekaniska anordningar som bearbetar vattenytan. Härigenom förnyas ständigt kontaktytorna samtidigt som kravet på omrörning blir tillgodosett. Den vanligaste typen av ytluftare benämns ytturbinluftare. Ytluftning är sällsynt i Sverige idag. Omrörning och luftinblåsning på botten genom pumpning kombineras i ejektorluftaren. På utloppet av en dränkbar pump sitter ett munstycke som stryper utgående vattenflöde. Till munstycket ansluts ett rör vars andra ände går upp över vattenytan (luftrör). Den höga vattenhastigheten skapar ett sug i luftrörer (ejektorprincipen) och luft blandas in i vattenstrålen. 35 Hur mycket syre som egentligen kan tillgodogöras från den luft som drivs in i vattnet beror på flera olika faktorer. Dels måste luftningssystemet kunna tillgodose det för processen erfoderliga syrebehovet vid olika temperaturer. Därutöver ska ett önskat syreöverskott kunna upprätthållas i bassängen. Dessutom ska omrörningen vara tillräcklig för att förhindra slamavsättningar. Syrehalten bör hållas låg för att största möjliga syreupptagning ska uppnås. Syrehalten i en bassäng bör inte tillåtas sjunka under 1-2 g/m för att undvika driftstörningar på grund av syrebrist. Luftinblåsningen i en bassäng med aktivt slam måste även vara så intensiv att syre finns i varje del av bassängen för att hålla mikroorganismerna aktiva liksom att slammet måste hållas suspenderat Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 82 31

32 Olika luftningssystem. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 81 Eftersedimentering I aktivslamprocessen är syftet med sedimenteringssteget att avskilja både det biologiska och kemiska slammet, dels för att förtjocka slammet innan det leds tillbaka till det biologiska steget som returslam. Sedimenteringen sker med gravitation och är aktivslamprocessens mest kritiska steg. Aktivt slam med god sedimenteringsförmåga sedimenterar med hög hastighet, är kompakt, ger en ren klarfas efter sedimenteringen samt stiger inte upp till ytan och bildar ett slamtäcke efter sedimenteringen. 37 Det avgörande för avskiljningsförmågan för en sedimentering är mikroorganismerna, bassängens utformning och belastningen. Inloppskonstruktionen, returslamkonstruktionen samt bassängens fysiska mått är exempel på utformningar som påverkar strömningen och därmed avskiljningsförmågan i en sedimenteringsbassäng. Belastningen på sedimenteringsbassängen påverkar sedimenteringen i hög grad, men slammets sedimenteringsegenskaper är beroende av vilka mikroorganismer som finns i systemet och vad de gör. Mikroorganismerna påverkar sedimenteringsegenskaperna i både positiv och negativ bemärkelse. God flockningsförmåga hos slammet är viktigt för snabb och effektiv sedimentering. Slammets sedimenteringsförmåga beror på hur flockarna ser ut, vilket i stor utsträckning avgörs av sammansättningen av mikroorganismer. 37 Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid 81 32

33 Aktivslamprocessen är självreglerande när det gäller flockbildande organismer. Endast de som växer ihop med flockar sedimenterar och återförs till processen med returslammet. Frilevande bakterier försvinner däremot med utgående vatten. 38 Sedimenteringsproblem Sedimenteringsproblem har flera orsaker och alla dessa är inte kända. I princip beror problemen på förhöjd tillväxt av filamentbildande mikroorganismer och försämrad flockbildning. I aktivslamprocesser kan man urskilja sex olika sedimenteringsproblem som är relaterande till mikroorganismer. 39 Se tabell nedanför. De vanligaste förekommande sedimenteringsproblemen som relaterar till mikrobiell biomassa i aktivslamprocesser. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 95 Biologiska bäddar- biofilmsystem Biofilmsystem är väldigt tåliga mot belastningsskador och tillfälliga chocker av industriellt avloppsvatten. Detta beror på den stora mängden mikroorganismer som alltid finns magasinerade i biofilmen. På grund av tåligheten lämpar sig biofilmsystem väl för biologisk rening även för små avloppsvattenmängder. De biologiska bäddarna för BOD-avskiljning har trängts tillbaka av aktivslammetoden. De är inte så vanliga nu för tiden men förekommer vid mindre kommunala anläggningar och vid höga industriella belastningar. Installationer av suspenderade bärare ökar däremot. Denna teknik är framförallt vanlig vid införande av eller uppgradering till kväveavskiljning. 40 Reningsprocess för biofilmsystem Den biomassa som bildas då mikroorganismer tillväxer på en yta kallas biofilm. Biofilmen är en gelatinös hinna som innehåller bland annat bakterier, svampar, protozoer, alger och larver av diverse organismer. Mikroorganismerna bygger upp beläggningen på ytorna i avloppsvattnet. Beläggningens fulla effekt kan ta upp till två till tre veckor att skapa för mikroorganismerna. Full effekt nås snabbare vid varma än kalla temperaturer. 38 Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

34 Transporten av näringsämnen, syre och sönderdelningsprodukter bygger på diffusion, vilket innebär att en molekyl rör sig från en högre koncentration till en lägre. Syre och näringsämnena rör sig in i biofilmen eftersom koncentrationen av syre och näringsämnen är högre i avloppsvattnet än inne i biofilmen. Sönderdelningsprodukter från bakteriernas nedbrytning av näringsämnen rör sig inifrån filmen ut till avloppsvattnet eftersom koncentrationen av dessa är lägre i avloppsvattnet än i biofilmen. 41 Principen för reningsförloppet i biofilmsystem. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 99 I biobäddar upptar avloppsvattnet det erfoderliga syret dels då vattnet faller fritt från en spridare ned på bäddmaterialet, dels då vattnet sipprar ned genom bädden i kontakt med luft som genomströmmar bäddens hålrum uppåt eller nedåt. Med suspenderade bärare tillsätts luften till avloppsvattnet vanligtvis genom bottenmonterande grovblåsiga luftningaanordningar, vilket också håller bärarna flytande (suspenderade). Utformningen av bärarna optimeras så att en god transport av syre och substrat från avloppsvattnet till biofilmen skapas. 41 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid 99 34

35 Biobäddens kapacitet/effektivitet avgörs framförallt av hur stor yta som biofilmen kan växa på samt den tid vilken vattnet passerar biofilmsytan. Reningsprocessen sker snabbast i bäddens översta skikt och dess hastighet avtar kontinuerligt nedåt allteftersom näringsämnena i avloppsvattnet förbrukas. I både biobäddar och suspenderade biofilmsystem faller överskottet av biomassan av från ytan. Detta sker då tjockleken på det anaeroba skiktet blivit för stor. Bakterierna mister då sin förmåga att hålla sig kvar på ytan. Allt sköljs inte av samtidigt, vilket gör att ett biofilmsystem är bättre skyddat mot utsköljning (vid exempelvis höga flöden eller giftstötar) av de aktiva mikroorganismerna än ett aktivslamsystem. 42 Utformning av högbelastade biobäddar Avloppsvattnet sprids över biobädden med hjälp av spridare som ser till att vattnet distribueras jämnt över biobäddens ovanyta. Avloppsvattnet sipprar långsamt ned genom bädden och fördelas över biofilmen som sitter fast på bäddmaterialets yta. Bädden dräneras på undersidan på sådant sätt att den yttre luften får tillträde. Vattnet som runnit igenom biobädden innehåller slam och leds därför genom en separationsprocess (oftast sedimenteringsbassäng) innan det släpps ut i recipienten. Bäddens underbyggnad måste utföras så att luften får fritt tillträde och så att avloppsvattnet lätt kan avrinna utan risk för slamavsätttning. Luftningen av bädden sker genom självcirkulation eller fläktar som oftast leder luft underifrån och uppåt i biobädden. Bäddmaterialet utgörs av sten (makadam) med en styckestorlek av mm eller av plastmaterial med stor specifik yta. Bäddhöjden uppgår till 3-4 m. Vid denna höjd brukar den naturliga luftningen alltjämt vara tillräcklig men i många fall utrustas bädden med fläktar för att säkerställa syrets tillförsel om den naturliga luftningen skulle bli otillräcklig. Avloppsvattnet leds in genom en vertikal ledning i bäddens centrum. 43 De lågbelastade bäddarna för BOD-avskiljning har idag endast historiskt intresse som föregångare till den högbelastade bädden. Den lågbelastade bädden byggs i stort sett på samma sätt som den högbelastade, men belastas med mindre mängd BOD per volym Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

36 Biobäddens uppbyggnad. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 100 Cirkulationspumpning För att höja reningseffekten har man vid högbelastade bäddar infört cirkulationspumpning av redan behandlat avloppsvatten. Bädden beskickas med en större mängd avloppsvattenmängd, samtidigt som avloppsvattnets föroreningskoncentration minskar. Genom cirkulationspumpning kan följande fördelar uppnås: Man kan upprätthålla en konstant hydraulisk belastning och få en mer effektiv bortspolning av slampåväxt. Biofilmen hålls med stor sannolikhet alltid fuktig. Man får en effektivare belastning och funktion hos djupare delar av bädden. Man förbättrar reningseffekt genom ympning samt att risk för obehaglig lukt minskas om avloppsvattnet syresätts effektivt. Flugolägenheter minskas också. Pumpkapaciteten bör alltid hållas uppe för att hindra igensättning av bädden. För att minska igensättning fodras att slamtillväxten lämnar bädden. Ju mer föroreningar som tillförs bädden ju större blir slamtillväxten, vilket kräver högre strömningshastighet av avloppsvattnet genom bädden. Lämpliga värden på den hydrauliska belastningen är 0,8-2 m³ avloppsvatten per timme och m² bäddyta (m/h) för stenbäddar och 2-5 m/h för plastbäddar. 45 Ventilation Den naturliga ventilationen är i regel tillräcklig vid öppen bädd. Däremot måste mekanisk ventilation med hjälp av fläktar införas så fort bädden överbyggs. Ett sätt att kombinera syresättning och luftreduktion, är att använda illaluktandeventilationsluft från avloppsanläggningen för att syresätta biobädden. 45 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

37 Ventilationen avser inte enbart att tillföra bädden det syre som mikroorganismerna behöver, utan också att avlufta bädden på koldioxid som bildas av organismerna. Ju större avloppsvattnets föroreningsgrad är, desto kraftigare ventilation krävs. 46 Väggar, filterbotten och bottenplatta Biologiska bäddar utförs med väggar av armerad betong. De är vanligtvis runda så att avloppsvattnets fördelning över bäddytan kan ske med roterande spridare. Bottenplattan utformas med fall för att samla upp avloppsvatten och slam från biobädden. Fallet är antingen från centrum till en i perferin omgjuten ränna eller in till centrum. Lutningen av bottenplatta och rännor skall vara så stor att ingen upplagring av slam sker. Filterbottens uppgift är att hålla kvar filtermediet och låta vattnet och slammet rinna igenom. Konstruktionen som bär uppfilterbotten skall vara stark nog att bära filtermedia, biofilm och vatten. Utformningen skall även gynna jämn distribution av luft under biobädden. 47 Bäddmaterial De biologiska reningsprocesserna i en biobädd sker i en biofilm som växer på bäddmaterialet. Den uppnådda reningseffekten är därför beroende av den sammanlagda kontaktytan mellan bäddmaterialet och avloppsvattnet, under förutsättning att tillgången på syre är tillfredsställande. Ju mer yta per kubikmeter desto mer biomassa kan rena vattnet. Hålrumsvolymen i bädden avgör bäddens hydrauliska kapacitet (hur mycket avloppsvatten per tidsenhet bädden kan behandla). Under de senaste åren har främst bäddmateriel av plast kommit till användning. De moderna bärarmaterialen har en stor specifik yta ( m² per m³ fyllning) och stor hålrumsrumsvolym. Endast vatten som genomgått silning eller fingallring bör ledas till dessa bäddar för att undvika igensättning. För sten gäller att ju mindre kornstorlek desto större kontaktyta Kornstorlek mindre än 50 mm begränsar syretillförseln samt att risk för igensättning uppstår. Det bästa möjliga bäddmaterialet hos en biologisk bädd ska vara beständigt mot vittring, utgöra ett bra underlag för den biologiska påväxten samt ha en lämplig form och storlek (för sten). Samtliga dessa krav uppfylls av makadam framställd av gnejs och granit vilket tidigare var det vanligaste bäddmaterialet. 48 Spridare Den huvudsakliga uppgiften för spridaren är att jämnt som möjligt fördela avloppsvattnet över bäddytan. Den dimensioneras för en viss bestämd vattenmängd per tidsenhet. Det finns både fasta och rörliga spridare. Rörliga spridare kan utföras antingen som travers- eller roterande spridare. Runda biobäddar med roterande spridare är den vanligaste utformningen. Tilloppsröret för avloppsvattnet dras upp i centrum av bädden och ansluts till spridaren. Övertrycket i spridarrören brukar uppgå till 0,5-1 mvp (mvp = meter vattenpelare. 1 mvp = 9,81 kpa). Spridarens periferi hastighet bör vara 0,3-0,5 m/s. Det är viktigt att hastigheten inte för hög, då avloppsvattnet i så fall kastas ut från centrumdelen som då blir obelastad. I dag monteras vanligen motordrivna spridare. Varierande spridarhastighet påverkar biofilmens tjocklek och effektivitet. Oftast behöver spridaren bromsas Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svensk Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

38 Suspenderade bärare suspenderad biofilmsteknik I ett system med suspenderade bärare leds avloppsvattnet in till en reaktor med 1-5 cm stora bärare. Grovblåsiga bottenluftare håller bärarna i ständig rörelse och förser mikroorganismerna med syre. Ett galler i utloppet av reaktorn håller kvar bärarna men låter det renade vattnet och biofilmsöverskott (slam) passera. Med denna teknik går det att klara av även extrema belastningar på 200 kg COD per m³ reaktorvolym och dygn. Olika modeller av suspenderade bärare. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid

39 Biorotor Den består av vertikalt monterande plastskivor vilka till 40 % är nedsänkta i avloppsvattnet. Genom att skivorna sakta roterar (vanligen 1-2 varv per minut) befinner sig bärarmaterialet omväxlande i avloppsvattnet och ovanför vattenytan. Organiska föroreningar i avloppsvattnet bryts ned av de mikroorganismer som växer på skivorna. Syre tas upp under passagen genom luften. Skivdiametern kan uppgå till 3,5 m och beroende på hur tätt skivorna sitter blir den specifika ytan m 2 /m 3. Biorotorer är känsliga för igensättning och avloppsvattnet bör förbehandlas (galler, sil och/ eller försedimentering). 50 Verkningssätt för biorotor. Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

40 Dimensionering av biobäddar Den högbelastade bädden med bäddmaterial av plast med stor yta per volumenhet kan belastas med 3-4kg BOD 7 /m³,d. Biobäddar i kallt klimat dimensioneras med lägre belastning. Den erfoderliga vattenmängden per m² bäddyta angavs ursprungligen till 0,8 m³/m² (0,8 m/h). I Sverige har man använt 1,2-1,5 m/h. Det är påvisat att en väsentlig ökning av beskickningen utöver den ursprungliga, 0,8 m/h, är förmånlig för reningseffekten. Den hydrauliska belastningen på bärarmaterial av plast är normalt 1,5-3,0 m/h. Den vanliga fyllnadshöjden är 4-6 meter. Vid högbelastad biobädd kan man vanligen räkna med en reduktion av cirka % av BOD 7 -mängden i ett kommunalt avloppssystem Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

41 Kväveavskiljning Allmänt om kväve Kväve (N) är ett viktigt näringsämne för alla levande organismer, men kväveföreningar kan också vålla problem av olika slag i våra naturliga vatten. Problem som kan motivera att kväve avlägsnas från kommunalt avloppsvatten är: hälsorisker i dricksvattnet, syrebrist i recipienten och eutrofiering i recipienten. Alltför höga nitrathalter i dricksvatten är en risk eftersom nitrat övergår till nitrit. Nitritet påverkar hemoglobinet i de röda blodkropparna så att syreupptagningen minskar. Detta kan bli särskilt allvarligt för spädbarn som får modersmjölksersättning. Höga nitrathalter i dricksvatten kan även tyda på samband med magcancer. Högsta tillåtna nitrathalt i dricksvatten är 50 g NO₃/m³. 52 Dricksvatten är otjänligt >50 g NO₃/m³. I de regioner där avloppsvatten direkt eller indirekt återanvänds som dricksvatten är kväveavskiljning helt nödvändig. Den kan antingen ske vid avloppsreningen eller vid reningen av dricksvatten. 53 Om kvävet föreligger i form av ammoniak eller ammonium när det når en syrerik recipient kommer bakterierna att oxidera detta till nitrit eller nitrat. Vid denna oxidation 54 förbrukar bakterierna syrgas som tas ur recipienten vars syreinnehåll minskar. Eutrofiering Om för mycket näring tillförs ett vattenområde (eutrofiering), ökar algtillväxten och orsakar igenväxning. Algtillväxt fodrar tillgång till vissa näringsämnen. Saknas ett av dessa sker ingen algtillväxt oavsett hur god tillgången på övriga ämnen är. Det ämnen som det är brist på begränsar tillväxten. Det kan alltså vara antingen koldioxid, fosfor, mikroämnen eller ljus som begränsar algtillväxten i en recipient. Det är lättast att kontrollera tillförseln av fosfor som till stor del finns i orenat avloppsvatten. Kväve kommer till största delen från kvävegödselmedel som används i jord-skogsbruk samt från nederbörd, varvid kvävekällan bland annat är biltrafik. Vissa alger kan tillgodogöra sig kväve direkt ur luften. Mikroämnena behövs i så liten mängd, att det inte är realistiskt att begränsa algtillväxten genom avskiljning av dessa från avloppsvatten. 55 En del av övergödningens problem anses bero på den ökande kvävetillförseln. Detta var det huvudsakliga skälet till att man i mitten på 80-talet började ställa krav på avskiljning av kväve vid kustnära kommunala avloppsverk större än pe i södra Sverige. Vid år 2002 var ca 71% av de kustnära reningsverken anslutna till ett reningsverk med kväverening. 52 NO₃-N=Nitratkväve, endast kväve i förening är av intresse. 53 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Oxidation= kemisk reaktion vid vilken två ämnen utbyter elektroner. Det ämne som avger elektroner sägs bli oxiderat. Det som upptar elektroner sägs bli reducerat. Bakterier utvinner energi genom att oxidera vissa ämnen. 55 Svensk Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

42 Den huvudsakliga källan för kväve till våra kommunala avloppsreningsverk är befolkningens konsumtion av proteinhaltig föda (äggviteämnen). Även vid biologisk rening utan speciell kväveavskiljning assimileras 56 en del av kvävet i biomassan. Detta beror på att bakterierna behöver kväve för sin tillväxt. Om denna biomassa är aktivt slam, förs en viss del av kvävet bort genom uttag av överskottslam. På detta sätt avlägsnas % av inkommande kvävemängd beroende på bakterietillväxten, som i sin tur beror på hur mycket organiskt material som kommer in. För att kunna nå högre avskiljningsgrad måste mer än assimilation användas. Kvävet måste avskiljas på annat sätt än med överskottsslammet. Att omvandla kväve till kvävgas är den metod som används vid biologisk kväveavskiljning. Kvävgas avgår sedan till atmosfären som redan till ca 80 % består av kvävgas. Omvandlingen till kvävgas sker genom att koppla de två mikrobiologiska processerna nitrifikation och dentrifikation. 57 Nitrifikation Ammoniumoxiderande bakterier omvandlar ammoniumjonerna till nitritjoner, varefter nitritoxiderande bakterier omvandlar nitritjoner till nitratjoner. Eftersom omvandlingen är en oxidation med syre, är aeroba betingelser nödvändiga. Detta tvåstegsförlopp kallas nitrifikation och bakterierna som utför den är autotrofa 58 nitrifierare. Ammoniumoxiderarna som omvandlar ammonium till nitrit, är av bakteriesläktena Nitrosomonas, Nitrosospiras och Nitrosococcus medan nitritoxiderarna, som omvandlar nitrit till nitrat, är Nitrobacter, Nitrospira, Nitrospina och Nitrococcus. De flesta nitritfierande bakterierna får energi genom att oxidera ammonium eller nitrit. De flesta andra bakterierna får energi genom att oxidera organiskt material. Kol att bygga upp sina celler med får de nitritfierande bakterierna från koldioxid. Nitritfierande bakterier behöver använda en stor andel av sin energi till att uppta koldioxid till sin biomassa. Detta med för att de växer och förökar sig långsammare än bakterier som kan använda organiskt material som kolkälla. För att de nitrifierande bakterierna skall finnas i systemet behöver de alltså tillräckligt med tid på sig för att föröka sig. Tillväxthastigheten påverkas positivt av högre halter syre och/eller ammonium och högre temperatur. ph skall idealt vara 7,5-8,6. Sammantaget medför detta för ett aktivslamsystem att slamåldern inte får vara lägre än att nitrifierarnas tillväxt kompenserar för uttaget av nitrifikationsbakterier med överskottslam och slamflykt Assimilera ta upp 57 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Autotrofa bakterier = bakterier som bildar biomassa med koldioxid (organiskt material) som kolkälla. 59 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

43 Aerob slamålder som funktion av temperatur för att uppnå stabil nitrifikation. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 115 Denitrifikation Om nitrathaltigt avloppsvatten kommer till en miljö där det saknas syre kommer bakterierna att i brist på syrgas i stället reducera kvävet i nitraten (nitratrespiration). Denna miljö är anoxisk. 60 Kvävet i nitraten reduceras via bland annat nitrit till kvävgas. Detta förlopp kallas denitrifikation och utförs av heterotrofa bakterier 61. Det är bakteriernas respiration som är intressant ur kväveavskiljningssynpunkt. Energin och kolkällan för tillväxt får bakterierna från nedbrytning av organisk material. Förutsättningar för denitrifikation i avloppsverk är att man har tillgång till nitrat, frånvaro av syre, kolkällans kvalitet och mängd samt temperaturen. Denitrifikationshastigheten beror på hur effektivt bakterierna respirerar. Vid högre temperatur respirerar bakterierna snabbare liksom då bakterierna har tillgång till en kolkälla som är mer lättomsättlig än den som finns i inkommande avloppsvatten. Det är viktigt att miljön är fri från löst syre i vattnet eftersom bakterierna föredrar att använda syre för sin respiration. Är ansamlingen av biomassa (flocken/biofilmen) tillräckligt stor kan en anoxisk zon uppstå inne i biomassan även i en luftad bassäng. Detta gör att en viss denitrifikation även kan förekomma i de luftade zonerna i ett aktivslamsystem eller i delar av biofilmen i en biobädd. Biologisk kväveavskiljning resulterar i kvävgas som är en naturlig beståndsdel i luften och har ingen gödande effekt. Vidkväveavskiljningen bildas ibland även en mindre andel lustgas, N₂0. De kommunala reningsverkens bidrag till den totala bildningen av lustgas är dock liten Anoxisk= utan fritt syre men med tillgång till nitrat som oxidationsmedel. 61 Heterotrofa bakterier= bakterier som bildar biomassa med organiska föreningar som kolkälla. 62 Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

44 Alkalinitet Alkaliniteten påverkar och påverkas av processerna som ingår i kväveavskiljningen på flera sätt. Alkaliniteten är ett mått på en vätskas förmåga att motstå en ph-sänkning (försurning). De ämnen som står för alkaliniteten i avloppsvattnet räknas samman och presenteras i totalalkalinitet eller ekvivalenta vätekarbonatjoner. Dessa ämnen finna i olika mängd i avloppsvattnet beroende på källan för dricksvattnet och vad vattnet utsatts för innan det kom till reningsverket. I nitrifikationsförloppet bildas det vätejoner som förbrukar vätekarbonatjoner. Om ph sjunker under cirka 7 avtar de nitrifierande bakteriernas aktivitet. Denitrifikationsprocessen använder vätejoner och hjälper därmed till att motverka ph-sänkningen till viss del. 63 Andra metoder för kväveavskiljning Separering vid källan I urinsorterande toaletter samlas urinet in separat och kan användas för gödning. Det är också möjligt att var för sig transportera toalettvatten och BDT-vatten och att behandla toalettvattnet separat för kväveavskiljning. En sådan separering av hela ledningsnätet skulle dock bli mycket kostsam. Teoretiskt kan kvävemängden i urinet sänkas genom att befolkningen äter mindre mängd mat med äggviteämnen (kött, ägg och mjölk). Ammoniakavdrivning Genom att höja ph-värdet genom tillsats av eventuellt kalk övergår ammoniumföreningar till ammoniakgas som kan drivas av med en luftström. I ett efterföljande adsorptionssteg med syra (svavelsyra eller salpetersyra) absorberas sedan ammoniaken och en koncentrerad ammoniumsulfat- respektive ammoniumnitratlösning bildas. Den kan användas för gödning. Ammoniakavdrivning är främst lämpad för behandling av vatten med höga ammoniumhalter till exempel i rejektvatten från avvattning av rötslam eller för vissa industriella avloppsvatten. Jonbyte Ammoniumhaltigt, biologiskt behandlat avloppsvatten kan ledas till jonbytarmassa med krossad clinoptilolit där ammoniumjoner avskilj. När inte jonbytarmassan förmår avskilja fler ammoniumjoner regenereras dessa med kalk med efterföljande avdrivning av bildad ammoniak med luft. Ammoniakgasen tillförs ett absorptionssteg och en koncentrerad ström med flytande ammoniak kan utvinnas. Det avjonande vatten som ofta finns på laboratorier har framställts genom jonbytarteknik Svenskt Vatten, Avloppdteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

45 Utformning av biologisk kväveavskiljning En möjlighet att avlägsna kväve på biologisk väg är att dela upp den biologiska reningsprocessen i tre separata och åtskilda delprocesser: I en delprocess oxideras huvuddelen av det organiska materialet i avloppsvattnet aerobt. Här sker en viss reduktion av kväve genom assimilation. Avloppsvattnet tillförs nästa aeroba steg där ammonium oxideras till nitrat. Eftersom vattnet nu innehåller mindre organiskt material växer de heterotrofa bakterierna mindre här och ett bakteriesamhälle med en hög andel nitrifikationsbakterier kan utvecklas. I den tredje delprocessen, den anoxiska denitrifikationssteget, tillsätts organiskt material (kolkälla), till exempel metanol. Bakterierna reducerar här kvävet i nitratjonerna för att oxidera det organiska kolet i metanolen. Slutprodukterna blir kvävgas och koldioxid. Flödesschema vid biologisk kväveavskiljning. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 118 Om tre separata system av suspenderad biomassa skall utföra de tre delprocesserna som beskrivs ovan behövs tre sedimenteringsbassänger för de tre slamsystemen (treslamsystem). Likaledes krävs separat tillsats av organiskt material. Detta ger höga kostnader. Ett sätt att reducera kostnaderna är att integrera de tre delprocesserna i ett slamsystem, ett så kallat en-slamsystem Svenskt Vatten, Avloppsteknik 2, sid

46 Efterdenitrifikation Ett en-slamsystem med en första zon för oxidering av organiskt material och av ammonium till nitrat följt av en anoxisk zon för denitrifikation visas i bilden under. Utan tillsättning av kolkällan i den anoxiska zonen blir dock reduktionen av nitrat ej tillräcklig i många fall. Behövs kolkällan kan denna vara extern eller utgöras av ett delflöde avloppsvatten som leds förbi den aeroba zonen. Ett vanligare sätt för efterdenitrifikation är ett en-slamsystem med en separat delprocess för denitrifikation i ett biofilmsystem. System med endast biofilm förekommer också och är då baserade på suspenderade bärare. Varje steg får då specialiserade bakteriesamhällen, precis som i ett tre slamsystem. Separering av slam efter varje steg behövs inte i biofilmsystem. Dock behövs en separering av det överskott av biomassa som lossnar från bärarna. Jämfört med ett aktivslamsystem behövs mindre vattenvolymer i ett biofilmsystem. Med tillsättning av extern kolkälla kan långtgående reduktion av nitrat ske. Nackdelen är kostnaden för denna kolkälla samt de högre kraven på styrning och kontroll. Felaktigheter i dosering kan leda till förhöjda utsläpp av BOD eftersom efterdenitrifikationsystemen ligger sist i avloppsreningsprocessen. Processerna visa i bilderna nedan. 66 Efterdenitrifikation i en-slamsystem (A), i en en-slamsystem med separat denitrifikation i biofilm (B) eller i biofilmsystem (C). Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

47 Fördenitrifikation Fördenitrifikation är en teknik för biologisk kväveavskiljning med aktivt slam där kolkällan i det inkommande vattnet används för denitrifikation. Vid fördenitrifikation leds avloppsvattnet direkt in i den anoxiska zonen. Eftersom nitrifikationen inte sker förrän i den aeroba zonen erfodras höga recirkulationsflöden från slutet av denna zon för att återinföra bildat nitrat till denitrifikation. Recirkulationsflödet brukar vara tre till fem gånger större än inkommande flöde. De höga slamåldrar som krävs för de autotrofa nitrifierarna innebär att nitrifierande aktivslamsystem kräver mycket större volymer (mer biomassa) än system för endast BOD-avskiljning. Kväveavskiljningen begränsas av hur mycket nitrat som recirkuleras till den anoxiska zonen, samt kolkällansmängd och kvalitet. Vid fördenitrifikation kan 60-75% av inkommande kväve avlägsnas. Måste mer kväve avskiljas krävs efterföljande efterdenitrifikation. 67 Principschema för biologisk kväveavskiljning med fördenitrifikation, så kallad recirkulationsprocess. Bildkälla: Avloppsteknik 2 Reningsprocessen, sid 120 Kombination av för-och efterdenitrifiering Det är oftast mest kostnadseffektivt att avskilja kväve genom fördenitrifikation. En kombination av för- och efterdenitrifikation kan vara att föredra då långtgående kväveavskiljning skall åstadkommas. Kolkällan i inkommande avloppsvatten (BOD7) skall ändå avskiljas och görs detta i de anoxiska zonerna genom denitrifikation istället för de aeroba zonerna undviker man luftning. Finns det dessutom mycket nitrat från till exempel en separat rejektvattenbehandling, kan denna ledas till fördenitrifikationen för billig denitrifikation och hjälpa till att reducera BOD7 och därmed luftningsbehovet i huvudprocessen Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid Svenskt Vatten, Avloppsteknik del 2, sid

48 Slamhantering Avloppsslam bildas som en restprodukt vid avloppsvattenreningen och består av partikelaggregat uppslammade i vatten. Det råslam som avskiljs i de olika reningsstegen avskiljs och leds till slambehandlingen. Det slam som avleds från den mekaniska avloppsvattenreningen kallas primärslam, slam från de biologiska reningsprocesserna kallas bioslam och de flockar som bildas vid den kemiska fällningsprocessen bildar aluminium-, järn- eller kalkslam beroende på vilket fällningsmedel som använts. Slam som utgörs av en blandning från mekaniskt, biologiskt och/eller kemiskt slam kallas för blandslam. Gallerrens och sand räknas normalt inte som slam. 69 Förtjockning För att reducera volymen av slammet inleds slambehandlingen vanligtvis med förtjockning. Slamförtjockning innebär att en del av vattnet avlägsnas och lämnar kvar ett tjockare slam med en högre TS-halt. Man strävar alltså efter en hög TS-halt i slamfasen samtidigt som man vill att resthalten suspenderad substans (SS) i slamvattnet ska vara så låg som möjligt. Syftet med slamförtjockningen är att minska volymen inför de följande processtegen. 70 Förtjockningen sker oftast genom sedimentering, men även flotation och mekanisk förtjockning genom centrifugering förekommer. 71 Slamvattnet delas in i cellvatten, adsorptionsvatten, kapillärvatten och hålrumsvatten. Hålrumsvatten utgör ca 70 % av slammets volym och det är detta vatten som avlägsnas vid slamförtjockningen. 72 Vattnets bindning till slampartiklar (Bildkälla: Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 10) 69 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 7 70 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 19 48

49 Halten suspenderad substans i slamvattnet växlar från anläggning till anläggning och stora variationer kan förekomma för samma förtjockare. Normalt ligger dock halten mellan 100 och 500 g/m 3. Slamvattnets halt av SS är ungefär likvärdigt vid sedimenteringsförtjockning som vid flotationsförtjockning. Förtjockningscentrifugering ger vanligtvis en höjning av slammets TS-halt men däremot en betydligt sämre avskiljningsgrad än vid sedimenterings- eller flotationsförtjockning. Ofta bara %.Därmed blir halten SS i slamvattnet också hög vid förtjockningscentrifugering normalt inom intervallet mg/l. 73 Rutinkontroller i förtjockningssteget omfattar att kontrollera slamnivån i förtjockaren samt slamvattnets mängd SS. 74 Pumpade slammängder ska bokföras. Avskiljningsgraden kontrolleras genom att analysera torrsubstanshalten i inkommande och förtjockat slam samt halten SS i slamvattnet. Den slammängd som avgår med slamvattnet är av stor betydelse och viktigt ha i beaktande. Att en stor mängd slam cirkulerar med slamvattnet mellan försedimenterare och förtjockare riskerar att leda till att förtjockaren överbelastas. 75 Sedimenteringsförtjockare Sedimenteringsförtjockare (Bildkälla: Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 20) I den kontinuerliga sedimenteringsförtjockaren kommer slammet in i centrum av den cirkulära sedimenteringsbassängen. I mitten sitter en centrumdriven skrapanordning med snedställda skrapblad som transporterar slammet till en slamficka. Skrapanordningen är försedd med grindar som långsamt rör om för att större slampartiklar och bildas och gasbubblor ska frigöras. Det är viktigt att omrörarhastigheten inte är för hög. Periferihastigheten bör helst underskrida 0,1 m/s Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 25 49

50 Grindomröraren med 2-4 st skraparmar är försedd med stavar, rör eller vinkeljärn för att förbättra omrörningen. Slam som samlas i ytan, flytslam, avlägsnas med en ytskrapa till en flytslamficka. Slamvattnet dras över ett skibord vid bassängens ytterkant. 77 Vätskedjupet i en sedimenteringsförtjockare varierar mellan 2,5 5,5 m. Sedimenteringen skulle kunna drivas i en djupare bassäng, men risken för att slammet blir aerobt (ruttnar) skulle därmed också öka. Följden av det skulle bli ökad uppkomst av flytslam. Speciellt om slammet är en blandning av primär- och överskottsslam. Bassängens diameter mäter ca 25 meter, detta för att undvika långa skraptransporter. 78 Förtjockarens mekaniska utrustning fyller följande funktioner: Den långsamma omrörningen underlättar bildandet av större partikelaggregat och frigör gasblåsor. Förbättrar sedimenteringen Transporterar förtjockat slam till slamfickan Rapporterade periferihastigheter mellan 1 och 9 meter per minut. 79 Vid dimensionering av förtjockare är TS-belastningen den viktigaste parametern. 80 Lämplig TS-belastning för sedimenteringsförtjockning beror på vilket slam som behandlas, se bild nedan. TS-belastningar på sedimenteringsförtjockare (Bildkälla: Avloppsteknik 3 - Slamhantering, sid 22) Den hydrauliska belastningen vid sedimenteringsförtjockning av ett slam som består av aktivt slam och kemslam ligger vanligen inom intervallet 0,1-0,2 m/h. Normalt sett bör 0,15 m/h inte överskridas. 81 Uppehållstiden bör vara mer än 6 timmar men kortare än 24 timmar Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid TS-belastningen på förtjockarens yta uttryckt i kg TS/m2, h. Den hydrauliska belastningen uttryckt i m/h samt uppehållstiden är de parametrar som beaktas vid dimensionering av förtjockare. Källa: Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 21 50

51 För att undvika problem med anaeroba nedbrytningsförlopp som medför besvär med luktoch gasbildning bör det slam som pumpas till förtjockaren vara så färskt som möjligt. Uppehållstiden i förtjockaren bör inte heller vara för lång. 83 Sedimenteringsförtjockning är temperaturberoende eftersom den biologiska aktiviteten i slammet är temperaturberoende och att olika fysikaliska egenskaper hos slammet och vattnet är temperaturberoende. Vid höga temperaturer avtar förtjockningen kraftigt på grund av ökad biologisk aktivitet och vid låga temperaturer försämras slammets sjunkegenskaper. Den optimala temperaturen ligger mellan C. 84 Uttaget av slam bör ske kontinuerligt, med samma hastighet som tillförseln. Sedimenteringsförtjockningsanläggningar kan ibland få problem med flytslambildning. Gasbubblor kan ge en flotationseffekt i förtjockaren där rötningen även kan fortgå i långsam takt. Några timmars luftning som ökar ph till över 8 brukar stanna rötningsprocessen och driva bort rötgasbubblorna. 85 Flotationsförtjockare Flotationsförtjockare (Bildkälla: Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 21) I en flotationsförtjockare används principen att göra slammet lättare än vattnet. Ofta används polymer för att förtjocka slammet. I en dispersionskammare löses luft i vatten under förhöjt tryck, när sedan det luftmättade vattnet kommer in i förtjockaren frigörs små luftbubblor. Dessa fäster vid slampartiklarna och lyfter dem till ytan. Periodvis kan ytslambildningen vara intensiv och ytslammet avskiljs då med en ytslamskrapa. Det sedimenterade slammet på botten fraktas bort av en bottenslamskrapa. Vattnet till dispersionen tas vanligen efter försedimenteringssteget i vattenfasen eller ur utgående vatten från reningsverket. 86 Lämplig TS-belastning för flotationsförtjockare är: 83 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid

52 Överskottslam utan polymertillsats Överskottslam med polymertillsats 2-4 kg TS/m 2, h 3-5 kg TS/m 2, h Den hydrauliska belastningen beror på det inkommande slammets TS-halt, men bör ligga inom intervallet 0,5-2 m/h med 1 m/h som normalvärde dispersionsvattnet inkluderat. 87 Flotationsförtjockaren passar speciellt bra vid svårförtjockat slam såsom bioslam. 88 Vid flotationsförtjockning finns ingen risk för anaerob nedbrytning av slammet eftersom slammet ständigt tillförs luft och har en kort uppehållstid i förtjockaren. 89 Tillförseln och avskrapningen av slam bör ske så ofta som möjligt. Slamtäckets tjocklek bör ligga runt 0,5 m. Lämpliga pumpar för tillförseln är diafragma- eller excenterskruvpumpar. 90 Mekanisk slamförtjockning Mekanisk slamförtjockning sker med hjälp av centrifuger eller olika anordningar för silning (dräneringsband, filterbehållare eller filtersäckar). Den mekaniska förtjockningen sker med eller utan tillsats av polymer och påminner mycket om slamavvattning. 91 Polymeråtgången ligger i nivån 2 4 kg polymer per ton TS. 92 Förtjocksningscentrifugen ger en TS-halt upp till 25 %. Satsvis förtjockning Vid satsvis förtjockning pumpas slam in i en dekanteringstank och får stå och sedimentera ett antal timmar. Sedan dras slamvatten från ytan med hjälp av en höj- och sänkbar dekanteringsanordning ända till dess att slam följer med slamvattnet. Därefter pumpas det förtjockade slammet vidare till fortsatt behandling och nytt slam pumpas in i dekanteringstanken. Man bör sträva efter att ha så långa tidsintervall som möjligt och inpumpning av slam bör inte ske mer än 2 gånger per dygn. 93 Kontinuerlig förtjockning Vid kontinuerlig förtjockning pumpas nytt slam in till förtjockaren så pass regelbundet som möjligt under dygnet. Slamvatten avgår via avdragsrännor i ytan. Tillförseln anpassas så att tillåten TS-belastning och ytbelastning inte överskrids. Uttag av förtjockat slam avpassas så att gränsytan mellan slamvatten och slam hålls relativt konstant i förtjockaren. Uttagen av slam sker alltså med ett visst tidsintervall som bestäms av slammängden. I sedimenteringsförtjockaren sker slamavdraget genom pumpning. Vid flotationsförtjockning sker uttaget med ytslamskrapa och man strävar efter att hålla slamskiktet ca 0,5-1 m tjockt. Bottenskrapning i flotationsförtjockaren sker ca 1-2 gånger per dygn eller oftare om behovet finns Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Föreläsning 29/ Slambehandling, Föreläsare: My Soling 89 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 19, Läs mer om slamavvattning i bokens kap. 24, sid 44 ff. 92 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid

53 Stabilisering Vid stabilisering av slammet minskar eller elimineras riskerna för att slammet börjar jäsa och ger upphov till störande lukt. 95 Slamstabilisering sker oftast genom biologiska processer där den lätt sönderdelbara substansen bryts ned och får slammängden och TS-mängden att reduceras. Primärslam som innehåller mer organiskt material reduceras mest, medan kemslam minskar väldigt lite i TS-mängd eftersom det finns lite organiskt material kvar att reducera. Slamstabiliseringsprocesserna avdödar också patogena bakterier och virus i viss utsträckning. 96 Genom att avdöda de bakterier och mikroorganismer som orsakar att slammet kan jäsa så kan man också åstadkomma ett nära luktfritt slam. Avdödningen kan uppnås genom uppvärmning, torkning eller kemikalietillsats. Vanligast är att använda kalk. I dessa fall sker ingen nedbrytning av slammets organiska innehåll, men man får en hygieniskt sett tillfredställande slutprodukt. 97 Slamstabilisering kan även ske genom kompostering av avvattnat slam. Efter förtjockningen håller slammet ca 2-5 % i TS-halt och för att minska vatteninnehållet i slammet ytterligare används ofta maskiner som centrifuger 98, skruvpressar, silbandspressar eller filterpressar. Även tork- och vassbäddar utnyttjas för att vattnet ska dränera av (avvattning) och avdunsta (torkning). I vassbäddarna sker också en biologisk nedbrytning av slammets organiska material, främst under sommarhalvåret. 99 Vid biologisk stabilisering sönderdelas organiskt material i slammet genom biologisk nedbrytning. Detta kan ske på flera sätt: 100 Anaeroba processer (rötning). Här blir slutprodukterna utrötat slam (TS), slamvatten och rötgas. Rötgasen består av koldioxid (CO 2 ), metangas (CH 4 ) och mindre mängder svavelväte (H 2 S), ammoniak (NH 3 ) mm. Svavelväte bildar tillsammans med järnföreningar i slammet järnsulfid som gör att slammet får en svart färg. Aeroba processer (slamluftning, slamoxidation, kompostering). I dessa processer bildas syrerika produkter som koldioxid (CO 2 ), nitrat (NO 3 - ), sulfat (SO 4 2- ). Järnsulfid bildas inte i de aeroba processerna och slammet förblir grått eller brunt till färgen. Stabilisering i vassbäddar. 95 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Beroende på vilken process som används och driftsätt. Källa: Avloppsteknik 3, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Ökad gravitationskraft 99 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 28 53

54 För att de aeroba och anaeroba processerna (biologiska) ska fungera bra behöver en rad förutsättningar vara uppfyllda. Konsatant, relativt hög temperatur 101 Konstant ph (ca ph 7) Jämn tillförsel av näring i form av råslam Kontinuerlig omblandning för att bakterierna ständigt skall få tillgång till ny näring. Samtidigt är det viktigt att förhindra att giftiga ämnen kommer med i råslammet och förstör processerna. Det gäller bl.a. följande typer av ämnen: Starka syror och baser som förändrar ph Metallsalter som innehåller joner av silver, koppar, nickel, krom, kadmium m.fl. Svårnedbrytbara desinfektions- och konserveringsmedel. Mineraloljor och andra svårnedbrytbara oljor och fetter. 102 Rötning Nedbrytningen av organiskt material i rötkammare sker i flera delsteg (se bild nedan). I hydrolysen 103 löses sammansatta organiska ämnen upp och till enklare vattenlösliga föreningar genom enzymer som avsöndras av bakterierna. Enzymerna verkar som katalysatorer och ökar de biokemiska reaktionernas hastighet och bidrar till sönderdelningen. I syrabildningen fortsätter nedbrytningen med hjälp av bakterier till enkla fettsyror. I rötningens sista steg, metanbildningen, bildas metan och koldioxid med hjälp av metanbakterier. Metan är svårlöslig i vatten medan koldioxiden i viss mån är vattenlöslig och förblir löst i rötkammarens slamvatten så blir den avgående rötgasen förhållandevis rik på metan. Normalt består gasen till % metan och % koldioxid. 104 Anaerob nedbrytning av organiskt material. Bildkälla: Avloppsteknik 3, kap 23 Slamstabilisering, sid 29 De mikroorganismer som är aktiva i de anaeroba reaktionsförloppen är beroende av att temperaturen håller ca 37 C och ett ph inom intervallet 6,8-7,2. För att uppnå rätt temperatur utnyttjas det utrötade slammets temperatur för att värma upp råslammet. Detta sker genom en slam/slam-värmeväxlare eller med en värmepump. 101 Mesofila anaeroba processer ca 37 C (35-40 C), termofila anaeroba processer ca 55 C och för aeroba processer >15 C 102 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Kemisk reaktion vid vilken en bindning spjälkas genom reaktion med vatten 104 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 29 54

55 För att hålla uppe slammets temperatur i rötkammaren cirkuleras slammet genom en slam/vatten-värmeväxlare där varmvatten tillförs. 105 För att hålla rätt temperatur och ph i hela rötkammarvolymen sker omrörning. För att inte orsaka igensättning och höga mottryck i ledningar och värmeväxlare är det viktigt att slammet har en TS-halt på högst 4 % för att inte flödeshastigheten och värmeöverföringen i slam/slam-växlaren ska bli för låg och kraftigare omrörare ska behövas. 106 Rötkammare med omrörning. Bildkälla: Avloppsteknik 3, kap stabilisering, sid 31 Effektiv omrörning får man med propelleromröraren som är den vanligaste omrörningsmetoden idag. Vid stora anläggningar kan rötkammarvolymen delas upp i två. De bör då planeras så att man kan driva dem antingen parallellt eller i serie. 107 Primärslam och slam från biobäddar är lättrötade och ger rötslam med hög TS-halt och slamvatten med låg halt SS. Överskottslam från aktivslamanläggningar ger däremot en svårförtjockad produkt med låg TS-halt. 108 Nedbrytningen av den organiska substansen i slammet anges som slammets utrötningsgrad och en väl fungerande rötkammare bör uppnå en utrötningsgrad på 50 %. 109 Det betyder att det rötade slammet bara innehåller hälften av det organiska materialet som fanns i råslammet, samtidigt som det oorganiska materialet kvarstår oförändrat. Av den del som bröts ned hittar vi ca 80 % i rötgasen (metan och koldioxid) och ca 20 % i slamvattnet (som lösta organiska föreningar) Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 34 55

56 Slamluftning Vid aerob nedbrytning av organiskt material i slam blir slutprodukterna koldioxid och vatten. 111 Syrgas förbrukas vid nedbrytningen och kan i princip sägas vara detsamma som i luftningsbassängen vid en aktivslamprocess. Värmeutvecklingen vid nedbrytningen är högre än vid den anaeroba rötningen och slutprodukten är energifattig. ph-värdet stiger initialt för att sedan sjunka. Det beror på att den ammoniak som frigörs vid nedbrytningen av organiskt material i början sedan oxideras till nitrat (nitrifikation). 112 Olika typer av slam har olika syretäring 113. För att ett slam ska anses som stabilt ska syreförbrukningskurvan ha planat ut på nivån för aerobt stabiliserat slam. Konventionell slamluftning sker i överbyggda bassänger av samma typ som luftningsbassänger. Bassängerna värmeisoleras normalt inte och ingen värme tillförs annat än via luften ovanför bassängen. Normal uppehållstid är ca dagar och optimalt bör en temperatur på minst 15 C. Termofil aerob stabilisering rekommenderas inte eftersom det ger upphov till kraftig lukt. Omrörning och syretillförsel sker via luftinblandningen som ska se till att hela slamvolymen omblandas så ordentligt att det inte sker någon slamavsättning någonstans i bassängen. Det finns risk för igensättning med trasor och annat och gallerrens, flytslam och liknande får inte tillföras. Att dela upp bassängen i flera seriekopplade delsteg kan ge ett effektivare utnyttjande av bassängvolymen. 114 Nedbrytningen av organiskt material är inte lika stor som vid rötning och normalt får man en ca %-ig minskning av den totala slammängden genom slamluftning. 115 Kompostering Kompostering innebär att organiskt material bryts ned av mikroorganismer, bakterier och svampar då fritt syre finns tillgängligt. Den absolut viktigaste förutsättningen för kompostering är tillgång på syre. Övriga faktorer som påverkar komposteringsprocessen är bl.a: TS-halt, temperatur, hämmande kemiska föreningar, ph-värdet och tiden. 116 Under komposteringsprocessen bildas koldioxid, vatten och energi. Slam kan komposteras i en blandning med hushållsavfall eller annat torrt organiskt material såsom bark, spån eller trädgårdsavfall. Ifall slammet avvattnas till hög torrhalt (40-50 % TS) kan det komposteras utan inblandning av annat material. Stabilisering genom kompostering ger en minskad slamvolym och ökad torrhalt samtidigt som man kan tillverka jordförbättringsprodukter som kan användas vid återställning av deponier och täkter m.m Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Syreförbrukning per viktenhet organiskt material och tidsenhet. 114 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 55 56

57 Så kallad torrkompostering sker i reaktorer eller i strängar eller högar vid % torrhalt. Energin som bildas under komposteringsprocessen ger en temperaturhöjning som vid en riktigt styrd process kan ge en hygienisering av kompostmaterialet. En långtgående kompostering ger en slutprodukt i form av en relativt stabil humus Rimligt mål för komposteringsprocessen är en nedbrytning av organiskt material med ca %. En kontrollerad stabilisering av % av det organiska materialet minskar risken för spontan rötning ute i naturen, som skulle ha producerat växthusgasen metan 120. För att få en så pass hög nedbrytning med jämn kvalitet i hela kompostmassan krävs en styrd luftad process under minst 7 veckor med en vändningsfrekvens på ca 2-3 ggr/dag i början och 1-2 ggr/vecka i slutet av perioden. Vid luftning med självdrag bör vändning ske under minst 10 veckor för ostabiliserat slam. Vid förkomposteringen behöver luft tillsättas eftersom syre förbrukas vid oxidationen av det organiska materialet. Luft behövs också för att leda bort värmeenergi i form av vattenånga för att temperaturen inte ska bli så hög att mikroorganismerna hämmas. 121 Komposteringstiden beror på om slammet är rötat eller inte och vilken stabiliseringsgrad som eftersträvas hos den färdiga komposten. 122 Kompostprodukt med hög stabiliseringsgrad kan exempelvis användas för tillverkning av odlingsjord m.m. Vid lägre stabilisering finns mer av kvävet kvar vilket skulle kunna användas t.ex. vid gödning vid åkerbruk. Kompostering kan genomföras genom öppen och sluten kompostering. Den intensiva förkomposteringen är där största risken för att luktproblem ska uppstå finns, bör utformas som en sluten kompostering medan den efterföljande komposteringen kan ske som öppen. 123 Exempel på utformning: Förkompostering som sluten kompostering och efterkompostering i öppna strängar med mognad i öppna högar. Både för- och efterkompostering som sluten med mognad i öppna högar. För- och efterkompostering som öppen kompostering i strängar med mognad i öppna högar. Tiden för förkompostering är vanligen 3-4 veckor och efterkomposteringen ca 4-6 veckor. Tiden för mognad är ca 4-8 veckor. Totaltid för kompostering och mognad till en färdig produkt är vanligen veckor eller ca 2,5-4 månader Sammanfattande benämning på mörkfärgade stora organiska föreningar i marken 119 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Metan har ca 20 gånger så stor effekt på klimatet som koldioxid per viktenhet. 121 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 57 57

58 Slam kan innehålla stor mängd patogena bakterier, virus, parasiter och parasitägg av olika slag vilket kräver hygienisering för att få ner till en acceptabel nivå. I dagsläget finns inga juridiskt bindande hygieniseringskrav vid kompostering av slam, men väntas komma på sikt. 125 Kalkbehandling Genom att höja ph-värdet genom kalkning så pass mycket att bakterier och virus avdödas eller hämmas. Kalktillsatsen måste ge ett ph >11 för att avdöda bakterierna som annars börjar producera CO 2 och syror vilket får ph att sjunka igen. ph-värdet bör överstiga 12 efter 14 dagars lagring vid 20 C. 126 Tillsatsen av kalk kan ske före eller efter avvattning. Men normalt väljer man att tillsätta kalken till avvattnat slam i en blandare för att undvika att basiskt slamvatten återförs till reningsverket vilket då försvårar den kemiska fällningen p.g.a. ph-variationer.vid kalktillsats efter avvattning används osläckt (bränd) kalk. Därmed får man också en kraftig värmeutveckling vid släckning av kalken vilket ökar bakterieavdödningen. Stark lukt uppkommer genom att ammoniak frigörs. Fördelen med kalkbehandling i stabiliseringssyfte är att metoden är enkel och kräver små investeringar. Däremot kan kalkkostnaden bli dyr och ger endast en temporär stabiliseringseffekt på slammet. Efter en tids lagring har ph-värdet avtagit så pass att bakteriella nedbrytningsprocesser påbörjas. Detta ger kalkat slam en begränsad lagringstid. 127 Avvattning Efter förtjockningen har slammet en TS-halt på ca 2-5 %. För att ytterligare öka torrhalten behöver ytterligare vatten pressas ur hålrummen i slammet och därigenom även minska slammets volym. Avvattning kan ske mekaniskt med hjälp av centrifuger, skruvpressar, silbandspressar eller filterpressar. Men också genom tork- och vassbäddar där vattnet dels dränerar av (avvattning) och avdunstar (torkning). 128 Vid avvattning delas slammet upp i en koncentrerad slamfas (slamkakan) och en vattenfas (rejektvattnet). Det är viktigt att sträva efter att rejektvattnet har en låg halt SS. Är SS-halten i rejektvattnet för hög så återförs en stor mängd slam till vattenbehandlingsdelen Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 44 58

59 Mekanisk avvattning För att underlätta och öka avskiljningsgraden i den mekaniska avvattningen konditioneras 130 slammet innan avvattningen. Detta sker genom tillsats av kemikalier 131, genom uppvärmning eller genom frysning. I samband med mekanisk avvattning är kemikalietillsats den vanligaste konditioneringsmetoden. Exempelvis ger användningen av polymer en trefaldig verkan vid avvattning: 132 Avskiljningsgraden ökar genom utflockning av mikropartiklar. TS-halten i slamkakan ökar genom att partikelstorleken ökar och därmed andelen lättavvattnat hålrumsvatten. Styrkan hos bildade flockar ökar genom bryggbildning så att högre tryck kan anbringas utan att partiklarna faller sönder. Vid avvattning i vassbädd och torkbädd utförs vanligen ingen konditionering. 133 Centrifugering Vid avvattning genom centrifugering är dekantercentrifugen vanlig. Den består av en cylindrisk-konisk trumma med en skruvtransportör monterad inuti. 134 Trumman och transportören roterar med hög hastighet i samma riktning, men skruvtransportören med något lägre eller högre varvtal än trumman. 135 Dekantercentrifug i genomskärning. Bildkälla: Avloppsteknik, kap 24 Avvattning, sid 48 Slammet som ska avvattnas matas in i maskinens centrum genom ett inloppsrör och förs genast ut till trummans periferi av centrifugalkraften. Eftersom de fasta slampartiklarna är tyngre än vattnet så avsätter de sig som ett lager runt trummans vägg medan vattnet bildar en ring närmare centrum. Vattendjupet i trumman bestäms av ett antal hål i rotorns stora gavel. Det är genom dessa hål som rejektvattnet (vattenfasen) lämnar centrifugen.det avvattnade slammet (slamkakan) transporteras av skruvtransportören till rotorns smalare del där det matas ut av centrifugalkraften Syftar till att öka partikelstorleken genom sammanslagning av små partiklar till större partikelaggregat. 131 Oorganiska flockningsmedel som aluminiumsalter eller en kombination av kalk och järnsalter, dels organiska polymerer. 132 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 48 59

60 Centrifugens kapacitet bestäms av trummans längd och diameter där större dimensioner betyder större kapacitet. Ett högre varvtal innebär högre centrifugalkraft och en effektivare avvatning, det vill säga ett torrare slam. Avskiljningsgraden 137 minskar däremot med högre varvtal eftersom en del av de bildade partikelaggregaten då faller sönder och följer med rejektvattnet. 138 Högt differensvarvtal innebär snabbare utmatning av slamkakan och därmed ett blötare slam samtidigt som det ger en högre avskiljningsgrad. Moderna centrifuger kan anpassa differensvarvtalet automatiskt efter det avvattnade slammets konsistens (TS-halt). 139 En låg belastning ger ett bättre driftresultat genom att uppehållstiden i centrifugen blir längre. För polymertillsatsen finns en optimal dosering som ger bästa resultat. Också valet av doseringspunkt av polymer har betydelse för avvattningsresultatet. 140 Filtrering Vid filtrering avskiljs vatten genom ett medium som i princip bara släpper igenom vattenfasen. Slampartiklarna fångas upp av filterduken eller silduken och bildar en slamkaka som vattnet ska passera. För att få en acceptabel torrhalt på rimlig tid måste vattnet avlägsnas från slamkakan av en tryckskillnad. 141 Tryckskillnaden åstadkommer man genom att vattnet sugs ut ur slamkakan med undertryck eller pressas ut genom övertryck. Silbandspress Silbandspressar är vanliga vid svenska avloppsreningsverk och finns i flera olika fabrikat och utförande. Men gemensamt för dem är att slammet tillförs ett långsamt gående silband där det först får dränera och sedan pressas mellan två silband med ett efterhand ökande presstryck. Konditionering av slammet sker genom polymertillsats i en roterande blandningstrumma innan slammet tillförs silbandet. För att få en effektiv avvattning måste slamkakan utsättas för skjuvning, vilket innebär att man får slampartiklarna att glida mot varandra. Detta åstadkommer man genom att silbanden bryts över valsar. Silbanden behöver renspolas kontinuerligt med vatten under högt tryck Förhållandet mellan vikten av fast material i det avvattnade slammet och vikten av fast material i det våra slammet före avvattning. Med fast material menas suspenderad substans (SS) 138 Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 50 60

61 Silbandspress. Bildkälla: Avloppsteknik 3, kap 24, sid 50 Filterpress Efter konditioneringen pumpas slammet in i en kammare mellan två filterplattor försedda med filterduk. Slammet avsätts i kamrarna medan vattnet passerar ut genom filterduken och samlas upp som rejektvatten. Slamkakorna avlägsnas genom att öppna pressen. Driften sker därför satsvis och filtreringen pågår tills pumpen inte kan pressa mer vatten genom slamkakan eller vid den tidpunkt det är bestämt att en sats ska pressas. Därmed bestäms kapaciteten av filterkammarvolymen och den tid som det tar för en filtreringscykel bestående av filtrering och tömning. 143 Vassbäddar Stabilisering och avvattning kan också ske i vassbäddar, som är en metod som utvecklades i Tyskland, Danmark och USA under och 90-talen. I vassbäddarna sker också en biologisk nedbrytning av slammets organiska material, främst under sommarhalvåret. Vassbäddarna kan ta emot större mängder slam än vanliga slamtorkbäddar. De är oftast uppbyggda med planerings- och dräneringslager, dräneringsrör och tätduk. Dräneringsvattnet leds ofta tillbaka till reningsverket Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 52 61

62 Sektionsskiss av en vassbädd. Bildkälla: Avloppsteknik 3, kap 24, sid 52 Vassbäddar dimensioneras vanligtvis för kg TS per m 2 och år. TS-mängden beror mest på i vilken grad slammet har stabiliserats innan det kommer till vassbädden. Slammet som läggs på bäddarna har oftast en TS-halt mellan 0,5 2,5 procent. 145 Man behöver minst fyra bäddar för att få en upptorkning mellan utpumpningarna. Efter ca 10 år behöver behandlingen brytas eftersom slamdjupet då uppnått 1,5 m och detta är gränsen för vad bladvassens upptorkningsförmåga klarar av. 146 Bäddarna kan tömmas tre gånger och har en förväntad livslängd om ca 30 år. Det färdiga slammet från en vassbädd liknar kompostjord och har en TS-halt på %. Till stor del finns all fosfor och tungmetaller kvar medan stora delar av kvävet reducerats. 147 Främsta fördelen med vassbäddar är att kemikalieförbrukningen (polymerer kan uteslutas) minskar och renare dräneringsvatten ger lägre belastning än rejektvattnet från vanlig slamavvattning. Nackdelen är det stora ytbehovet och relativt stora arbetsinsatserna vid uppstarten av anläggningen Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid 53 62

63 Användning av avloppsslam till åkermark Slammets innehåll av kväve (ca 4 %), fosfor (ca 3 %) och organiska material kan fungera som växtnäringsämnen inom jordbruket. 149 För att lantbruket och i förlängningen, livsmedelsindustrin, ska acceptera slam på jordbruksmark behöver slammet vara en kvalitetsprodukt med väl dokumenterad sammansättning och spårbarhet inom ramen för ett kvalitets- eller miljöledningssystem. Men livsmedelsindustrin är ytterst mån om såväl den verkliga som den upplevda kvaliteten så avsättning av avloppsslam till jordbruksmark kommer troligtvis alltid att ha ett osäkerhetsmoment. 150 Djurgårdar har i allmänhet tillräckligt med näring från stallgödsel, men spannmålsgårdar kan slammets näringsämnen behövas. Slammet kan i så fall spridas på åkrarna efter skörd på sensommaren och på hösten. Eftersom det rör sig om en begränsad tid behövs tillgång till lagring av slammet. 151 Användningen av slam på jordbruksmark är reglerat genom svensk lagstiftning. Och som tidigare nämnts innebär försummelse av bestämmelserna även att förtroendet för slam som kvalitetsprodukt äventyras. 152 REVAQ certifiering av slamproduktion Syftet med att certifiera slamproduktionen är att: 153 Växtnäringen från avloppsfraktioner produceras på ett ansvarsfullt sätt och att kvaliteten uppfyller fastställda krav. Att certifieringssystemet ger alla aktörer en öppen och transparent information om hur slammet produceras och om dess sammansättning. Att vara en nationell och lokal drivkraft för en fortlöpande förbättring av kvaliteten på det avloppsvatten som kommer in till reningsverken och därmed också på växtnäringen i slammet (uppströmsarbete). En förbättrad kvalitet på avloppsvattnet in till reningsverken kommer också att ha stor betydelse för den framtida miljöbelastningen på våra sjöar, vattendrag och kustområden. REVAQ-certifieringen innebär att ett oberoende certifieringsorgan kontrollerar att reningsverket, dess produktion och produkt uppfyller kraven i REVAQ-reglerna. Fokus ligger på att verksamheten bedrivs på ett strukturerat sätt, med spårbarhet, slammet uppfyller krav på hygienisering, systematiskt förbättringsarbete bedrivs och att relevant redovisning av sammansättningen i slammet ges. 154 Efter godkänd kontroll får reningsverket ett certifikat, vilket bl.a. innebär att de får använda certifieringsmärket i form av en REVAQlogga på det godkända slammet Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppsteknik 3 Slamhantering, sid Avloppteknik 3 Slamhantering, sid 81 63

64 Processbeskrivning Den normala processen vid Hittepåverket sker enligt följande: Avloppsvattnet pumpas (P001,P002,P003) från utjämningsmagasinet till avloppsreningsverkets fördelningskammare. Avloppsvattnet rinner sedan från fördelningskammaren (FDK) till rensgallren (RG1-RG2) där rens avskiljs, tvättas och pressas samman i en renstvätt (RT1-RT2) och töms i container (C). Från rensgallren rinner avloppsvattnet vidare till två luftade sandfång (SF1-SF2) där från sand avskiljs vattnet. I (SF1-SF2) tillsätts genom doserpump (DP001-DP002) fällningskemikalien polyaluminiumklorid som blandas in via turbulensen. Vattnet rinner vidare till försedimenteringsbassäng (FSB1-FSB2). Från (FSB1-FSB2) skrapas sand bort med kedjeskrapor med hjälp av elmotor med växellåda. Vattnet pumpas (P029, P030) vidare till den biologiska reningen med kväveavskiljning. Kväveavskiljning via denitrifikation med en aerob och en anaerob zon i biobassäng (BB1-BB2) där syre tillförs via blåsmaskin (KP1, KP2) i den aeroba zonen. Nitratrikt vatten från den aeroba zonen recirkuleras med pump (P027, P028). Vattnet från (BB1-BB2) rinner med självfall till slutsedimenteringsbassäng (SSB1-SSB2). Från (SSB1-SSB2) skrapas det renade vattnet till en pumpgrop (PG1) med hjälp av elmotor med växxellåda och pumpas (P006-P007) senare ut i recipient. Överskottsslam från (FSB1-FSB2) pumpas (P015-P016) till slamfördelningskammare (SFK1). Slammet från (SFK1) dimensioneras och pumpas (P017) till förtjockningskammare (FK1-FK2) Slamvatten från (FK1-FK2) pumpas (P018-P19) tillbaka till försedimenteringsbassängen (FSB1- FSB2). Från (FK1-FK2) pumpas (P020-P021) slammet via trasavskiljare (TA1) till slamtank (ST1). En delström leds förbi trasavskiljaren (TA1) direkt till slamtanken (ST1) Därefter värms slammet från (ST1) upp i slamvärmeväxlaren (VVX1-VVX2) och leds sedan in i rötkammaren (RK1-RK2). Gas från rötningsprocessen leds från (RK1-RK2) till gasklockan (GK1). I gasfacklan (GF1) bränns överbliven gas. Slam från (RK1-RK2) pumpas (P022-P023) till slammagasinet (SM1). Polymer doseras direkt via doserpump (DP003-DP004) på ledning när slammet pumpas (P011-P012) från magasinet till centrifug (CF1-CF2). Från (CF1-CF2) leds rejektvatten tillbaka till fördelningskammaren (FDK1). Slammet pumpas (P024-P025) från centrifug (CF1-CF2) till slamlager (SL1) för att senare distribueras till åkermark. Anläggningen försörjs via lågspänningsställverk A1. Reservkraftverk startar automatisk vid strömbortfall med en dipp på 60 sekunder för infasning. För en bild över processen se bilaga 1: processchema. 64

65 Dimensioneringsgrunder och riktvärden Anläggningen Hittepåverket har tillstånd enligt beslut (Ist: dnr ) daterat Hittepåverket tar emot spillvatten från områdets hushåll samt dagvatten. Anläggningen får ta emot och behandla avloppsvatten, spillvatten och dagvatten, från pe 156. Reningskrav: Anläggningen skall ständigt drivas så att högsta möjliga reningseffekt uppnås. Följande reningskrav gäller på vatten som behandlas i reningsverket. Gränsvärde: Fr.o.m får resthalterna i det renade avloppsvattnet ej överskrida 15 mg BOD 7 respektive 0,5 mg totalfosfor (P-tot) per liter, beräknat som medelvärde per kalenderkvartal. Totalkväve (N-tot) får ej överskrida 15 mg/liter beräknat som ett medelvärde per kalenderår. Riktvärde: Fr.o.m får resthalterna ej överskrida 15 mg BOD 7, 70 mg COD cr respektive 0,5 mg totalfosfor per liter, beräknat som medelvärde per kalendermånad. Riktvärde: Fr.o.m får reningseffekten avseende BOD 7 och totalfosfor (Ptot) och totalkväve (N-tot) får inte underskrida 90 % som medelvärde per kalenderår. Tillsynsmyndigheten kan efter anmälan medge att utsläppsvillkor tillfälligt får överskridas i samband med ombyggnads- eller underhållsarbeten. Slam från anläggningen ska behandlas med beaktande av gällande föreskrifter och naturvårdsverkets råd. Det slam som produceras vid anläggningen kan avsättas till åkermark och uppfyller kraven i förordning SNFS 1994:2. Dimensionerande hydrauliska belastningar: Q-medel: (200 liter * pe) + (150 liter * pe) = m 3 /d Q-dim: (200 liter * pe delat på 17 timmar) + (150 liter * pe delat på 24 timmar) = 176, = 270,5 271 m 3 /timme Dimensionerande inkommande föroreningsbelastning: BOD : 70 g *15000/1000 = 1050 kg BOD 7 /dag SS: 90 g * 15000/1000 = 1350 Kg SS/dag TS: 110 g * 15000/1000 = 1650 kg TS/dag P-tot. 2,5 g * 15000/1000 = 37,5 kg P-tot/dag N-tot: 12 g * 15000/1000 = 180 kg N-tot/dag Personekvivalent (pe) = den mängd nedbrytbart organiskt material som har en biokemisk syreförbrukning på 70g löst syre per dygn under 7 dygn (BOD 7 ) 157 BOD 7 = mängden syre som förbrukas när avloppsvattnet står i en tät flaska i 7 dygn. 65

66 Gräns- och riktvärden för slam 1994:2, konsoliderad version 158 lyder: Maximal totalfosfor per hektar som får återföras till åkermark: Vid varje slamspridningstillfälle får maximalt 250 kg totalfosfor per hektar 159, respektive 160 kg totalfosfor per hektar på jordar i fosforklass III V 160. Ammoniumkväve: den totala mängden ammoniumkväve får inte överstiga 150 kg per hektar under spridningsåret. Mängden kan delas upp på flera spridningstillfällen. Gränsvärden för den årliga mängd metaller som högst får tillföras åkermark vid användning av avloppsslam 161 : Bly 25 g (per hektar och år) Kadmium 0,75 g Koppar 162 Krom 300 g 40 g Kvicksilver 1,5 g Nickel Zink 25 g 600 g s1994/snfs1994_02k.pdf 159 På jordar i fosforklass I och II, se 994/SNFS1994_02k.pdf s1994/snfs1994_02k.pdf 161 Gränsvärdena avser genomsnitt räknat för en sjuårsperiod. Metallmängderna anges i gram per hektar och år. Källa: SNFS 1994:2, Bilaga C gränsvärdena gäller fr.o.m. år Läst på naturvardsverket.se 162 För koppar kan större mängder godtas om det kan bevisas att den aktuella åkermarken där avloppsslam ska spridas behöver koppartillskott. Källa: SNFS 1994:2, Bilaga C. 66

67 Provtagning En gång per kalender år skall avloppsreningsverket skicka in en rapport enligt 20 till Naturvårdsverket (senast den 31 mars) de uppgifter som skall vara med där är: a) Behandlat utgående avlopps vatten: - Flöde, redovisat som årsmedelvärde i kubikmeter per dygn. - Flöde, redovisat som kubikmeter per år. - Halt av respektive kontrollparameter enligt 3, redovisat som årsmedelvärde i milligram per liter samt - Total utsläppningsmängd av respektive kontrollparameter enligt 3 redovisat som kilogram eller ton per år b) Bräddat avloppsvatten i avloppsreningsverket: - Antal bräddningar som skett under året. - Vilken eventuell behandling som det bräddade avloppsvattnet har genomgått. - Bräddad mängd, redovisat som kubikmeter per år. - Halt av respektive kontrollparameter enligt 3, redovisat som årsmedelvärde i milligram per liter samt, - Total utsläppsmängd av respektive kontrollparameter enligt 3, redovisat som kilogram eller ton per år. För att de uttagna prover skall vara så representativt för det avloppsvatten som skall kontrolleras måste mät-tekniska krav uppfyllas. - Vattnet måste vara helt omblandat och utan skiktningar. - Tidintervallen mellan uttagna prover får inte överstiga tio minuter vid normalflöde. - Provtagningskärl för avloppsvatten skall under hela provtagningsperioden förvaras nedkyld. De prover som tagit skall rapporteras till länsstyrelsen eller till kommunal nämnd, minst en gång per år. Om något eller några mätvärden saknas eller uteslutit måste detta redovisas och motiveras. De Olika provtagnings sätten är: - Blandprov: Prov på avloppsvatten som bereds av ett antal delprov(kan även kallas samlingsprov) -Dygnsprov: blandprov som beretts genom provtagning under ett dygn. Vid kontroll utav bräddat avloppsvatten avser dygn den del av dygnet som bräddningen varar. -Flödesproportionell provtagning: Provtagning av blandprover bestående av ett antal delprover, som tas på sådant sätt att de enskilda blandprovernas volym är proportionell mot vatten flödet under respektive provtagningsperiod. Helgprov: Blandprov som beretts genom provtagning under en helg,(fredag till måndag) 67

68 Kontrollparametrar 3 Kontrollen skall avse utsläppta mängder per kalenderår av nedanstående parametrar: 1. kemisk oxygenförbrukning (CODCr), 2. biokemisk oxygenförbrukning under sju dygn (BOD7), 3. totalfosfor (P-tot), 4. totalkväve (N-tot), 5. för avloppsreningsverk med anslutning större än pe, dessutom ammoniumkväve (ammoniumnitrogen, NH4-N), samt 6. för avloppsreningsverk med anslutning större än pe, dessutom kvicksilver (Hg), kadmium (Cd), bly (Pb), koppar (Cu), zink (Zn), krom (Cr) och nickel (Ni) Inkommande avloppsvatten: COD(cr): 2 vp/månad BOD₇: 2 dp/månad P-tot: 2 vp/månad N-tot: 2 dp/månad Utgående behandlat avloppsvatten: COD(cr): 2 dp/månad BOD₇: 2dp/månad P-tot: 2dp/månad N-tot: 2dp/månad NH₄-N: 2dp/månad Bräddat avloppsvatten: COD(cr): 1 dp/vecka BOD₇: 1 dp/vecka P-tot1 dp/vecka N-tot: 1 dp/vecka NH₄-N: 1 dp/vecka 68

69 I 6 står det att det ska finnas ett fastlagt provtagningsschema. Där dygnsprov, helgprov och veckoprov som ska tas under alternerande dygn respektive veckor. I paragraf sju till paragraf tio beskrivs provtagningarna och hur de ska hanteras. Prover som inte kan analyseras inom ett dygn ska djupfrysas. När prover ska skickas till utomstående analyslaboratorium skall de paketeras eller förvaras nedkylt. För att de uttagna prover skall vara så representativt för det avloppsvatten som skall kontrolleras måste mät-tekniska krav uppfyllas: Vattnet måste vara helt omblandat och utan skiktningar. Tidintervallen mellan uttagna prover får inte överstiga tio minuter vid normalflöde. Provtagningskärl för avloppsvatten skall under hela provtagningsperioden förvaras nedkyld. 69

70 Driftstörningar med åtgärder Mekaniska steget Kontroll av alla utrustnings funktioner skall ske dagligen. Galler och silar skall underhållas i enlighet med leverantörens anvisningar. Det är viktigt att vara vaksamt över rensgodsets mängd och utseende. Rensgodset skall vägas, TS bestämmas och även journalföras. Typ av driftstörning Orsak Åtgärdsförslag atten i allerrenscontainer ukt från containern Dålig dränering av rensgods -Illa luktande matrial i rensgodset. -Nedbrytning av rensgodset -Öka paustiden för skrapan före avskapningen till transportör eller container. -Låt skrapan gå med högre frekvens. -Dränera containern. -Överväg att installera rensgodspress. -Tvätta rensgodset på väg upp med skrapan eller i särskild tvätt. -Kör bort rensgodset oftare. -Kalka i containern. 70

71 Sandfång Utrustningarna skall skötas enligt leverantörens hänvisningar och funktionen skall även kontrolleras alla arbetsdagar. Utrustning för sanduttag bör skötas med uppehållstid för att förebygga slitage samt minska energiförbrukningen. Kontroll av hur högt organiskt material som följer med sanden ut från sandfånget erhålls genom glödtest. Glödtestet visar hur mycket torrsubstanser som finns kvar efter glödgning. För att ser hur mycket sand sandfånget avskiljer undersöks slammet från försedimenteringen. Primärslam ska vid testet torkas och glödgas, sedan siktas för att se om det finns sandkorn. Ute på avloppsverken avslöjas funktionsnedsättning i sandfånget genom slitage i andra maskiner samt sättningar i till exempel rötkammare. Den mängden sand som förs bort från verket bör vägas och ska journalföras. Typ av driftstörning Orsak Åtgärdsförslag ålig sandavskiljning -Förkort uppehållstid. -För kraftig luftning -Minska luftblåsningen. ör mycket slam i sanden -För lite luftning. -Öka luftblåsningen. -Överväg att installera sandtvätt. vårt att pumpa ut sand -Sand och slam bakar ihop sig på botten. -Pumpa ut sand oftare. -Luckra upp med tryckluft eller vatten. ukt från sand i containern -Slam följer med sanden -Se under "För mycket slam i sanden" ovan. -Kör bort sanden oftare. 71

72 Sedimentering All maskinell utrustning ska kontrolleras varje arbetsdag. Skrapor och slampumpar skall fungera optimalt för att spara på energi. Skrapornas hastighet skall vara tillräcklig sakta så att slammet inte virvlar upp. Hastigheten på skraporna skall optimalt vara 1-3cm/s. Det ska finnas möjligheter att ta ut prover från pumpledningen för att kunna ställa in pumptiden. För att se om bassängerna funkar optimalt ska man mäta utgående suspenderad substans och turbiditet. Vid flera bassänger bör avloppsvattnet fördelas så lika som möjligt mellan de olika bassängerna detta görs genom justering utav utloppsskiborden. Typ av driftstörning Orsak Åtgärdsförslag åg koncentration i tpumpat slam lytslam, Gasbildning och ukt vårighet att pumpa ut lam -Vatten följer med det förtjockade slammet Slammet har för lång uppehållstid eller skrapas inte bort överallt Slammet förtjocknar alltför bra. Sand och/eller trasor i slammet. -Minska slampumparnas gångtid. -Öka tiden mellan utpumpningarna. -Installera sakta gående omrörare som underlättar förtjockningen. - Installera TS-mätning på utpumpat slam. -Pumpa ut slam oftare. -Kör slamskrapan oftare. -Kontrollera att skraporna tar ända ut i kanterna. -Spola på slamkakorna så att gasbubblorna lossnar. -Pumpa ut slam oftare. -Kontrollera funktion hos galler och sandfång. -Luckra upp i slamfickan med tryckluft. -Spola slamledningar. 72

73 Kemisk rening Driftkontrollen som görs kontinuerligt består av mätning av ph- värde i sista flockningskammaren, koll av fällningskemikalernas dosering och mätning av siktdjupet i sedimenteringsbassängen. Prov tas både på in- och utgående vatten för att se resultatet av halterna för fosfatfosfor, totalfosfor och suspenderad substans (SS). Slammängden kontrolleras genom mätning av pumpad slamvolym. Halten av SS analyseras i ett prov från det utpumpade slammet. Typ av driftstörning Orsak Åtgärdsförslag iten flock - ph - Omrörarhastigheten - Uppehållstiden -För liten dos av kemikalier - Dålig inblandning - ph-justering antingen genom att ändra dosen på fällnings kemikalierna, eller med syra/lut. - Om omrörarhastigheten är för hög slås flockarna sönder. - Uppehållstiden får inte vara för kort då hinner inte flockarna bildas till den storlek de behöver vara. - För liten mängd fällningskemikalier gör att flockarna inte utvecklas och växer. - Om inte inblandningen utav fällningskemikalierna är bra så kan man få samma resultat som punkten ovan. Flotation 163 Störning Orsak Åtgärd Dålig avskiljning Låg TS-halt Otillräcklig dispersionsvattenflöde Ojämnt dispersionsvattenflöde Ackumulering av slam på bassängbotten För mycket vatten följer med slammet Öka flödet Kontrollera ventilerna för inledning av vattnet. Låt ventilerna arbeta Kör bottenskrapa oftare Öka intervall på skrapan. Se till att skrapan bara tar det översta lagret av det floterade slammet. 163 Avloppsteknik 2. Kap 13 73

74 Kväverening Typ av driftstörning Orsak Åtgärdsförslag itrifikation i ktivslamsystemet ungerar inte. Låg syrehalt. Låg slamålder Låg syrehalt, något som kan åtgärdas genom kontroll och justering av luftningen. Låg slamålder, detta åtgärdas om överskottsslamuttaget minskas. itrifikation i ktivslamsystemet ungerar inte. enitrifikation fungerar nte. enitrifikation fungerar nte. Brist på alkalinitet. Hämning. Brist på fosfor. Kolkällan saknas. För mycket syre i den anoxiska zonen Brist på alkalinitet, detta åtgärdas genom att ändra på processen eller genom tillsättning av alkalinitetshöjande kemikalier. Hämning, detta beror generellt på att det dykt upp icke önskade ämnen i det inkommande avloppsvattnet. Fosfor. om man avskiljer fosfor som går uppströms eller tillsätter fosforsyra så åtgärdas detta problem. Kolkälla detta åtgärdas genom dosering utav extert kol där det behövs, en annan lösning kan vara att göra en hydrolys för att bilda en intern kolkälla Detta löser man genom att se över om recirkulationsströmmarna är för stora i den aeroba zonen, alternativt att se över om det införs luft. 74

75 Biologisk rening Man kontrollerar slammets sjunkegenskaper med hjälp utav ett mätglas, med detta kan man få reda på vilken sorts störning det är. Problem Eventuell orsak Konsekvens Åtgärd Diepergerad tillväxt -För få filamentbildande bakterier. -Dåliga flockar Utgående vatten är grumligt och flockarna sedimenteras inte. -Öka uttag av överskottsslam. - Öka returslamflödet. Mickroflockar BOD halten är lägre än sshalten i inkommande vatten Flytslam Hög halt nitrat i vattnet + lättomsättbara organiska föreningar ger spontan dentrifikation i sedimenteringsbassängen vid lång uppehållstid. Filamentös slamsvällning. skumning Viskös slamsvällning. Hög halt av filamentbildande bakterier som sammanbinder flocker eller skapar flockar med hålrum.oftast i verk med biologisk kväve- och fosforrening. Hydrofoba, skumbildande bakterier Stor produktion av extracellulösa polymerer. Oftast i reningsverk som behandlar industrivatten med låg fosfor- och kvävehalt, sk BOD rening. Små svaga flockar som lätt slås sönder. Kvävegasen lyfter slamtäcke till ytan av sedimenteringsbassäng en Högt SVI och ibland slamflykt, dock klar vattenfas Stabilt skum på ytan av bassängen, slam i utgående vatten, skumning i rätkammaren. Hälsofarligt eftersom skummet avger aerosoler, som innehåller mikroorganismer Dålig sedimentering, slam i utgående vatten. -Minska luftningen -Justera hastigheten på skrapbladen. -Pumpa det aktiva slammet försiktigt. -Öka slamskrapornas hastighet/tider. -Sänk slamåldern. -Skrapa av flytslammet och återför det till luftningen. -Slå sönder flytslammet med vattenspolning. -Optimera BOD reningen i luftningsbassängerna. -Undvik stegbeskickning. -Minska slam i luftningsbassäng. -Öka omrörning i luftningsbassängen. -Tillsätt desinfektionsmedel i returslammet. -Tillsätt flockningsmedel /tyngande medel. -Tillsätt oxiderande ämnen ex klor. -Tillsätt flockningsmedel/tynga nde medel. 75

76 Slamförtjockning Flytslam i en sedimenteringsförtjockare kontrollera: Slammets innehåll utav olja eller fett. Uppehållstiden, för lång uppehållstid kan göra så att nedbrytningen i förtjockaren blir anaerob och det blir därför gasbildning i slammet och detta leder till flytslam. Stabiliseringen hos slam i en förtjockare, är stabiliseringen inte avslutad så kan en fortsatt gasproduktion göra en flotation av slammet. Låg TS halt i slammet kontollera: Slammets sjunkegenskaper. TS belastningen, för hög och ojämn belastning gör slammet tunnare. Slamuttaget, ett stort utag utav slam ger ett tunt slam. Slamnivån i förtjockaren, en alltför låg nivå av slam i förtjockaren ger ett tunt slam. Luktproblem kontorllera: Uppehållstiden, för lång uppehållstid kan göra så att nedbrytningen i förtjockaren blir anaerob och detta gör att slammet luktar. Glödförlusten hos ingående slam, hög glödförlust innebär att föregående stabilisering inte är avslutad utan fortsätter anaerobt i förtjockaren. Slam på kanterna av bassängerna. Slamflykt kontrollera: Ytbelastningen, en alltför hög ytbelastning gör att slammet inte hinner avsätta sig i förtjockaren. Slammets sjunkegenskaper. Slamnivån i förtjockaren, för hög nivå i förtjockaren medför risk för slamflykt. Slammets uppehållstid. 76

77 Stabilisering Surjäsning kontrollera: Belastningen utav organiskt matrial Saltanrikning Tillförsel utav giftämnen Luftläckage Tempraturen Tänkbara åtgärder: Förhindra lufttillträde Tillsätt kalk eller annat alkali, en del ämnen som kan användas: 1. Natriumhydroxid(NaOH) Generellt användbar 2. Släckt kalk(ca(oh)₂) bör inte användas om halten av oorganiskt matrial är högt (glödrest>60%) 3. Natriumkarbonat(Na₂CO₃) Bör inte användas vid ett lågt ph (mindre än 5) detta kan ge skummning. 4. Natriumvätekarbonat(NaHCO₃) samma som punkt 3 Skummning och flytslam kontrollera: Halterna utav fett och oljor i slammet. Förekomsten utav trådformiga bakterier i slammet. Tänkbara åtgärder: Gör omrörningen mer intensiv Installera skumbrytarpropellrar ovanför vätskeytan. Ta bort flytslammet. Åtgärder i biosteget för att förhindra uppkomsten utav trådformiga bakterier Låg gasproduktion kontrollera: Glödförlusten i rå slammet Tempraturen ph värdet Omrörningen Mängden giftämnen i slammet Organiska belastningen Uppehållstiden 77

78 Avvattning Låg avskiljningsgrad (hög halt suspendedrad substans i rejekt) kontrollera: Polymerdosen TS-halten i inkommande slam Avvattningsegenskaperna hos den polymer man använder Lagringstiden för slammet före avvattningen Mekaniska utrustningen Spritsvattenmängden och tryck vid silbandspressarna Driftstopp på grund utav igensättningar kontrollera: Slammets innehåll utav mekaniska föroreningar, sten, grus, kapsyler m.m. Tänkbar åtgärd: Sila slammet före avvattningen Lukt problem vid torkbäddar Tänkbara åtgärder: Kalkning - ca. 1kg släckt kalk per kvadratmeter Klorkalkning 78

79 Mikrobiologi Mikroorganismer Mikroorganismer är levande organismer så små att de flesta inte kan ses med blotta ögat. Till denna klass av organismer räknas bakterier, arkéer, svampar, de flesta protozoer, vissa alger och djur och ibland även virus. De finns i nästan alla miljöer och utför vikiga nedbrytnings- och omvandlingsprocesser i naturen samt är viktiga för matsmältningprocessen. En del mikroorganismer kan orsaka sjukdom hos andra levande organismer, som t.ex. djur, växter och människor. Det är dessa sjukdomsalstrande mikroorganismer vi har störst kunskap om idag. Under miljontals år har mikroorganismer utvecklat förmågan att bryta ner alla naturligt förekommande föreningar. En ensam typ av organism klarar inte detta själv, men tillsammans har mikroorganismera den mycket diversifierade ämnesomsättningen som krävs för uppgiften. Av de olika mikroorganismera har bakterier en mycket större variation i ämnesomsättning än vad alla andra mikroorganismer har sammantaget; baktierer används bl.a. därför gärna i olika reningsprocesser. Eftersom vissa substanser är lättare att omsätta än andra behövs ibland specialiserade mikroorganismer utnyttjas för att bryta ned komplexa föreningar. Vattenlösliga, enkla ämnen som t.ex. socker, proteiner, enkla fettsyror och alkoholer kan däremot snabbt omsättas av de flesta mikroorganismer. Nedbrytningen påverkas också av samverkan mellan olika mikroorganismer. Ett visst ämne kan kanske bara omsättas av en viss blandning av olika bakterier som var och en gör sin del i en komplex nedbrytningsprocess. I en sådan blandning, ett mikroorganismsamhälle, är mikroorganismerna ofta beroende av varandra för att överleva. I ett avloppsreningsverk skulle t.ex. inte rötningen fungera utan det samspel som råder mellan de olika mikroorganismerna i rötningsprocessen. Mikroorganismers styrsystem Mikroorganismer har ett slags styrsystem som reglerar cellens aktivitet så att den fungerar korrekt i relation till sin omgivning och gör rätt sak vid rätt tillfälle. Inuti cellen pågår ständigt kemiska reaktioner som underlättas av proteiner som organismen själv bildar. Dessa proteiner kallas enzymer. Enzymerna katalyserar, eller sätter fart på, kemiska processer utan att själv förbrukas. De är ofta specifika för den reaktion de katalyserar och de är avgörande för vad deras mikroorganism kan åstadkomma. 164 Tillämpad reglerteknik och mikrobiologi i kommunala reningsverk s Avloppsteknik 2 s

80 Enzymerna själva regleras på flera olika nivåer. De kan regleras vid själva bildningen av enzymet eller så kan enzym som redan bildats aktiveras eller inaktiveras. Bildningen av enzymer är alltid ett svar på förändringar i mikroorganismens omgivning, men de kostar energi att producera så cellen bildar inga i onödan. Cellens reglering av vilka enzymer som ska bildas är dessvärre långsam; det snabbaste är att slå av eller på befintiliga enzymer. Klarar mikroorganismen inte att bilda nödvändiga enzym för den miljö den befinner sig i kommer den att försvinna från systemet. Bakterier och tillväxt I ett avloppreningsverks aktivslamprocess är mikroorganismer av central roll, där de bryter ned olika föroreningar eller omvandlar dem till andra former. De bidrar även aktivt till slammets sedimenteringsegenskaper. När det gäller biologisk rening är det oftast bakterier som har störst betydelse, men andra mikroorganismer är också viktiga och det finns anläggningar där alger är viktigast. Mikroorganismer (bakterier i flockar och fastsittande ciliater). Bildkälla: Avloppsteknik 2, sid 66 Bakterier förekommer i många olika livsformer; de kan t.ex. vara kulformiga, stavformade, böjda eller spiralformade. En del bakterier kan överleva i syrefria förhållanden och vissa bakterier kan omsätta giftiga ämnen som andra dör av. Vilken form de har bestäms av bakteriecellens cellvägg. Utanför cell-väggen finns ibland ett slamlager och innanför detta en tunn hinna, det s.k. cytoplasmamembranet som utgör ett spärrskikt mellan cellens inre och dess omgivning. Innanför detta membran finns cytoplasman, som innehåller en DNAtråd i vilken bakteriecellens arvsmassa finns lagrad. 80

81 Bakterier förökar sig genom celldelning. Cellen gör en närmast identisk kopia av sig själv. Hur fort en bakterie förökar sig beror på organismen och dess omgivning och miljökrav. Den tid det tar en bakteriepopulation att fördubbla sig kallas generationstiden och är ett mått på tillväxthastigheten hos en bakterie. I perfekta förhållanden kan denna tid vara så kort som 20 minuter för vissa bakterier, men i naturligt förekommande miljöer är tillväxttiden betydligt längre. Viktigast för tillväxten är tillgången på näringsämnen och en gynnsam temperatur. Även ph och förekomst av gifitga ämnen påverkar bakteriers tillväxt. Eftersom förutsättningarna för bakterietillväxt ständigt förändras genom att avloppsvattnets sammansättning förändras, driften ändras m.m, är bakteriesamhället i en biologisk reningsprocess aldrig konstant. Detta betyder även att tillväxtbetingselserna för de olika bakterierna ständigt förändras, så att deras tillväxthastighet ändras och därmed också deras andel av bakteriesamhället. Det här förhållandet är väldigt viktigt eftersom det innebär att bakteriefloran ständigt anpassar sig till de nya förutsättningarna. Ett artrikt bakteriesamhälle är alltid effektivare för rening i ett avloppsreningsverk än ett artfattigt. De flesta bakterier kan växa inom ett ganska brett temperatur- och ph intervall, men de har alla en optimal temperatur och ett optimalt ph-värde där de växer som bäst. Därför kommer i en viss miljö de baktierer som trivs bäst vara i majoritet. Tillväxten av bakterier är i allmänhet god vid ph-värden upp till cirka 8,5, efter vilket den mikrobiella aktiviteten avtar snabbt och praktiskt taget upphör vid ph-värden över 10. Vid låga ph-värden under 6 minskas också bakteriernas aktivitet. Med ökande temperatur ökar även kemiska reaktionerns hastighet. Detta förhållande gäller även för de biokemiska reaktioner som sker inom levande celler med hjälp av katalysatorer. Vid biokemiska reaktioner kallas katalyseratorerna enzymer och utgörs av äggviteämnen. För att enzymerna ska kunna fullgöra sin biokemiska funktion krävs att deras komplicerade struktur är intakt. Deras struktur kan skadas eller förstöras vid för höga temperaturer. Den med stigande temperatur ökande biokemiska reaktionshastigheten motverkas därför av enzymförstöring när temperaturen blir för hög. 81

82 Temperaturens inverkan på bakteriers tillväxtförlopp. Bildkälla: Avloppsteknik 2, sid 72 Mikroorganismer med optimal tillväxthastighet vid C kallas kryofila och de med optimal tillväxt vid C och C kallas för mesofila respektive termofila. Den normala temperaturen i svenska kommunala avloppsvatten ligger nästan alltid under 20 C, så de dominerande mikroorganismerna i reningsprocesserna är alltså kryofila. Temperaturen i kommunala avloppsverk är därmed nästan alltid lägre än den optimala, men det betyder inte att det är säkert att en temperaturhöjning ger bättre reningseffekt, eftersom att de flesta aktivslamanläggningar är lågt belastade. Temperatur och ph är båda svåra att påverka i en aktivslamprocess. En annan inverkan på bakteriernas tillväxt är det substrat som ska brytas ned. Är substratet en organisk förening med så stora molekyler att det inte kan passera bakteriens cellmembran så måste bakteriecellen först utsöndra enzymer som kan bryta ned den stora molekylen till mindre fragment som kan passera cellmembranet. Av betydelse är också koncentrationen av substratet; vid höga substratkoncentrationer går nedbrytningen fortfare än vid låga. Vid låga substratkoncentraioner är tillväxthastigheten proportionell mot substratkoncentrationen, medan den vid höga substratkoncentrationer begränsas av andra faktorer. Protozoer Protozoer finns ofta också i reningsverk. De är högre utvecklade organismer än bakterier som bl.a. lever på fritt svävande bakterier. Mycket protozoer i det biologiska systemet orsakar ofta en låg turbiditet i det utgående vattnet. 82

83 Alger I biologiska dammar är alger den dominerande mikroorganismen, vid sidan av bakterier. I likhet med andra biologiska processerer förekommer även här en blandflora av alger. Alger är autotrofa mikroorganismer som producerar nytt cellmaterial från oorganiska kolkällor och som hämtar sin energi från soljus. De lever normalt i samverkan med bakterier som bryter ned organiskt material till koldioxid som algerna kan använda i sin produktion av nya alger och syre. Syret och döda alger utnyttjas i sin tur av bakterierna. Nedbrytningprocessen Som alla andra levande organismer är bakterier uppbyggda av kolföreningar. För att ersätta förbrukat material, växa och föröka sig behöver bakterier därför kol. En del bakterier kan likt växter fånga upp kol från luftens koldioxid dessa bakterier kallas autotrofer men det vanligaste är att de utnyttjar kolföreningar i omgivningen, t.ex. det organiska materialet i avloppsvatten. De bakterier som utnyttjar organiskt kol för cellbyggnad kallas för heterotrofer. I en aktivslamprocess utnyttjas både heterotrofa och autotrofa bakterier för att rena avloppsvattnet. För att en bakteriecell ska kunna växa krävs förutom kol även tillgång till de andra ämnena som ska ingå i cellen. Syre, väte och kväve är tillsammans med kol huvudbeståndsdelarna i cellen och därför nödvändiga för att den ska kuna växa. Andra ämnen som fosfor, svavel och diverse metaller är kvantitativt mindre viktiga, men ändå betydelsefulla för cellens funktion. I kommunalt avloppsvatten har man normalt bra tillgång på alla dessa ämnen, så kommunalt avloppsvatten är i regel ett värdigt substrat för mikroorganismer. I industriellt avloppsvatten är förhållandena ofta annorlunda. Avloppsvatten från industri skiftar starkt i sammansättning bereoende på vilken industri det kommer ifrån. Innehållet av organiskt material är ofta mycket mer ensidigt än kommunalt avloppsvatten, med bara en eller ett fåtal organiska föreningar i dominans. Föreningarna kan i en del fall vara mycket lättnedbrytbara medan de i andra fall kan vara mycket svårnedbrytbara. Dessutom kan det i industriavloppsvatten vara brist på något väsentligt näringsämne och även förekomma toxiska ämnen som kan störa de biologiska processerna. Ibland är det nödvändigt att tillsätta växtnäringsämnen för att man ska kunna driva en biologisk reningsprocess med industriavloppsvatten. Sammanfattning av hur kombinationer av olika kolkällor och energikällor används av olika grupper av organismer. Bildkälla: Tillämpad reglerteknik och mikrobiologi i kommunala reningsverk, sid 43 83

84 För att kunna växa och föröka sig måste bakterierna också utvinna energi. De flesta bakterier använder samma ämne som både kolkälla och energikälla, alltså används samma ämne som både byggmaterial och arbetskraft. En del bakteriesläkten har den unika förmågan att utvinna energi från nedbrytning av oorganiska föreningar. När bakterier förbränner kolföreningar eller andra ämnen frigör den energi frigörs energi i form av elektroner. Detta är precis samma som vad som händer i förbränningsmotorer eller vid matsmältning. För att denna förbränning ska kunna ske behövs tillgång till syre, vars uppgift är att fånga upp de frigjorda elektronerna. I kemisk bemärkelse har det förbrända ämnet oxiderats till koldioxid och syret reducerats till vatten. För att kunna frigöra energi krävs alltid att oxidation sker parallellt med reduktion. Bakterier och andra organismer kan konservera den frigjorda energin som biokemiskt bunden energi. Bildkälla: Tillämpad reglerteknik och mikrobiologi i kommunala reningsverk, sid 43 De flesta levande organismer andas, respirerar, med syre för att bryta ned sin energikälla. När syre används för respiration kan kolföreningar oxideras fullständigt. Flertalet bakterier respirerar på dett sätt. I en aktivslamanläggning skapar den luftade delen respirationen som är en förutsättning för en snabb nedbrytning av det organiska materialet. Vissa bakterier kan dock respirera med annat än syre. De som andas med syre kallas för aeroba bakterier. När bakterierna andas genom oxidation av oorganiskt material, s.k anaerob respiration, utnyttjar de t.ex. nitrat, sulfat eller järn för att fånga upp de elektroner som frigörs vid nedbrytningen av en energikälla. Två exempel på bakterier med anaerob andning är kväveoxiderande bakterier som utvinner sin energi genom att oxidera ammonium till nitrit samt nitrit till nitrat, och svaveloxiderande bakterier som utvinner energi genom att oxidera sulfid till sulfat. 84

85 Olika biologiska nedbrytningsförlopp och deras betydelse för avloppsvattenbehandlingen. Bildkälla: Avloppsteknik 2, sid 70 Nedbrytningsprocesser där ingen andning sker kallas anaerob nedbrytning, eller fermentation eller jäsning. Vid anaerob nedbrytning oxideras en del av det organsiska ämnet till koldioxid och vatten medan något annat än syre samtidigt reduceras. Oftast reduceras en del av det organiska ämnet. Eftersom en del av det organiska materialet går åt för att reduceras istället för att oxideras kan inte lika mycket energi utvinnas med fermentation som när ämnet oxideras med aerob eller anaerob respiration. 85

86 Avloppsteknik 2, sid 69 Flockbildning En viktig egenskap bakterierna i biologiska reningsverk besitter är en tendens att klumpa ihop sig till flockar som kan avskiljas via sedimentering, till skillnad från fritt svävande bakterier. De har denna flockbildningsegenskap för att vissa bakterier i den biologiska reningen bildar polysackarider, ett slags slem med klistrande funktion, medan vissa andra bakterier bildar filament, som agerar armerande. En bra balans mellan slembildande- och filamentbildande bakterier i bioreningen ger stabila flockar som lätt kan avskiljas med sedimentering. Flockbildningen är en grundförutsättning för aktivslamprocessen. Driftstörningar Två relativt vanliga mikrobiologiska driftstörningar i aktivslamanläggningen är flytslambildning och slamsvällning. En rad andra driftstörningar kan också förekomma, t.ex. gifter i avloppsvattnet som slår ut mikroorganismerma. Flytslambildning kan uppstå vid hög slamålder i luftningsbassängen. Då bildar slammet på botten av sedimenteringsbassängen kvävgas som lyfter slammet till ytan. Eftersom avdragsrännorna för det renade vattnet ligger vid ytan finns det risk för att slammet följer med och belastar efterkommande reningssteg eller går till recipienten. Slamsvällning sker då gammalt aktivt slam möter näringsräkt avloppsvatten. Slamsvällningen är ofta filamentös, men kan även vara viskös. 86