Rening av avloppsvatten Introduktion.

Transkript

1 Rening av avloppsvatten Introduktion Bengt Carlsson Bengt Carlsson

2 Innehåll 1. Kort historik 2. Sammansättning och mängd. Detaljer: Se Kompletterande material, flik Fosfor 4. Slamhantering

3 1. Kort historik 1800-talet Sverige: Epidemier, hygienproblem, latriner odör. 1850: barnadödligheten i Stockholm högst bland ett antal städer i Europa. 1883: Första WC n i Stockholm, 20 år senare 400 st. Införandet av WC var kontroversiellt: hygien - kretslopp 1930: Stockholm lägsta barndödligheten jämfört med ett antal Europeiska städer. EPOKER Folkhälsoepoken (även brandskydd) nutid Miljöskyddsepoken Nutid - Kretslopp, hållbarhet, återvinning av näringsämnen...

4 UTBYGGNAD Tid Problem Åtgärd 1940 Synliga föroreningar Sedimenteringstankar 1950 Låg syrehalt Biologisk rening 1970 Övergödning Kemisk fällning+biol.ren 1990 Marin övergödningöd Kväverening (omdebatterad) 00XX Hållbarhet?????? Läkemedelsrester se gästföreläsning Energi Hur ska reningsverken se ut i framtiden? Forskarfråga, se

5 Avloppsvattenrening i tätorter (reningsverk för fler än 2000 personer) ologi tekno tionst ormat Info

6 Föroreningspåverkan av avloppsvatten: Flytande material och avsättningar Grumlighet/missfärgning Syreförbrukning (=> fiskdöd, dålig lukt) Eutrofiering (algproduktion => syrebrist) Giftverkan (normalt inget problem i Sverige) Anrikning (Ex: Läkemedel) Sjukdomsalstrande organismer

7 2. Sammansättning och mängd Avloppsvatten (förorenat vatten från samhället): Spillvatten hushåll industri Dagvatten (regn o smältvatten) Dränvatten (avledning av grund- och markvatten) Inläckage Kombinerat ledningssystem: allt vatten i en ledning Duplikat ledningssystem: skilda ledningar för spill- och dagvatten

8 Föroreningsparametrar Organiska föroreningsparametrar (summanalyser): Biokemisk syreförbrukning, BOD Kemisk syreförbrukning, COD Glödförlust Suspenderat (partikulärt) substans (SS): mängd fasta partiklar Torrsubstans (TS): total föroreningsmängd Fosfor (P) Kväve (N)

9 Fosfor (P) och kväve (N) P: Organiskt (löst och suspenderat) Löst oorganiskt: Ortofosfat Polyfosfat N: Organiskt bundet Oorganiskt: Ammonium Nitrit Nitrat

10 Koncentrationer Koncentrationener betecknas ofta mg NH 4 N per liter (eller g/m 3 ). Tillägget -N visar att det är vikten av N atomen som avses snarare än hela molekylen. Genom att använda N-atomen blir massbalansberäkningar enkla: T ex vid nitrifikation omvandlas 1 mg NH 4 N till 1 mg NO 3 N. I kursen kommer vi oftast att utelämna -N. I modellbeskrivningar används ofta S NH istället för NH 4 N och S NO istället för NO 3 N

11 Mängder och sammansättning Tyskland ca 150 l/p,d Sverige ca 200 l/p,d USA ca 400 l/p,d Typisk sammansättning av orenat avloppsvatten: SS 200 mg/l BOD mg O 2 /l P 3-7 mg/l N 30 mg/l (framförallt ammonium) OBS-utspädningsgrad varier mycket mellan olika verk och påverkar koncentrationerna. personekvivalent (pe) : räkna om industribelastning till motsvarande personbeastning. Normalt används 70 g BOD 7 /(person,dag)

12 Utsläppsvillkor Kraven beror av storlek av verket och plats. Inga generella regler. Typiska krav (årsmedelvärden): Små ARV (< pe) inlandet: 15 mg BOD7/l 0.5 mg tot-p/l Stora ARV (> pe) : 15 mg tot-n/l 15 mg BOD7/l mg totp/l tot-p/l Mycket stora ARV (> pe) med utsläpp i havet från norska gränsen till Norrtälje: 10 mg tot-n/l 15 mg BOD7/l mg tot-p/l

13 Gränsvärde. Ett värde som aldrig får överskridas alt underskridas. Riktvärde. Ett värde som, om det överskrids/underskrids skall föranleda åtgärder för att förhindra upprepning. Se vidare: eskri/snfstext/194-7.htm t/194 7ht

14 Fosfor (P) Problem: Utsläpp av fosfor till recipienten ger eutrofiering. Ändlig resurs, bör således återföras till växande grödor. Huvuddelen av fosforen i kommunalt avloppsvatten kommer från fekalier och tvättmedel. P-konc var vid 1940-talet omkring 2-4 mg/l. Under de två följande årtiondena steg koncentrationen kraftigt t mg/l. Efter införandet av fosfatfriaf tvättmedel har konc sjunkit igen (3-7 mg/l)

15 Flera ersättningspreparat för fosfor i tvättmedel finns. Preparaten är dock ej helt problemfria: Miljökonsekvenserna av ersättningspreparaten ej kända. En del preparat, kan ej helt avskiljas i reningsverken. Fosforsubstituten kan ge lägre tvätteffekt, minska maskinlivslängd och klädernas livslängd.

16 Slamhantering Komplext problem: Miljökrav (bromerade flamskyddsmedel mm mm) Kretslopp, före 1999 användes en stor del av slammet för gödsling. Nu ca 10% Acceptans (hygien) Ekonomiska drivkrafter (t ex deponiavgift) Huvudaktörer: Svenskt vatten (Intresseorg för reningsverken) LRF Lantbrukarnas riksförbund NV - Naturvårdsverket

17 Slamhantering inom EU (ca 1999) Jordbruksanvändning (35%) Deponering, utfyllnad (40%) Förbränning (10%). Ökar!! Tillförsel till havet!! Övrigt metoder (fiskföda, bränsle, byggnadsmaterial) Naturvårdsverket delmål var (ca 1998): År 2000: Minst 75% av slammet i hållbart kretslopp År 2010: Minst 90% av slammet i hållbart kretslopp

18 Naturvårdsverket Aktionsplan (dec 2002): Lång sikt: Alla näringsämnen där praktiskt möjligt ska återföras. År 2015: Minst 60% av fosforn i avlopp ska återföras till produktiv mark. Minska mängden föroreningar till åkermark och avlopp. Minska risk för smittspridning.

19 Vad är lösningen på slamproblematiken??? En giftfri miljö! Tills dess: Förbränning (kortsiktigt?) Processer som kan separera näringsämnen och tungmetaller, t ex: - Aqua Reci, se Urin- klosettvattensystem (dock dyrt och kan ge hygienproblem och smittspridning)

20 Kvävefrågan 2006 Det har varit (och är) delade meningar om nyttan av kvävering, NV anlitade därför en expertgrupp för att försöka få klarhet. Slutrapporten från gruppen finns här: /p / p Slutsatser från expertgruppen: Minska P-tillförsel till Östesjön. Minska N-nedfall från luften. Minska N- och P-utsläpp till västkusten. Delade meningar om nyttan av N-rening längs ostkusten. Dock, alltför omfattande N-rening kan leda till oönskad blomning av cyanobakterier.

21 Ett konventionellt avloppsreningsverk ologi tekno tionst ormat Info

22 ologi tekno tionst ormat Info

27 Kap 17 Biologisk rening Aktivslamprocessen (ASP) Mikroorganismer används för att bryta ner organiskt material

28 Ex på variant: Stegbeskickning g avloppsvattnet leds in på flera ställen i lufningsbassängen. Fördel: Jämnare syrebelastning. Se vidare s SBR- Sequential Batch Reactor. Satsvis rening. Princip => Detaljer, se sid Syretillförsel (sid 81-83) tas upp på åföreläsning om reglerteknik i reningsverk

29 Slamålder sid 87 (Aerob) Slamålder defineras som: Mängd slam i luftad volym Uttagen slammängd per dygn Se Föreläsningarna i modellering!

30 19 Kväveavskiljning Nitrifikation: Ammonium omvandlas till nitrat (via nitrit) NH 4+ + O 2 NO 2- + H 2 O + H + NO 2- + O 2 NO - 3 Krav: Syrerik (aerob) miljö. Lång uppehållstid för slammet (nitrifierande mo, autotrofer, växer långsamt)

31 Denitrifikation: Nitrat omvandlas till kvävgas (NO NO 2 NO N 2 O N 2 ) Krav: Inget löst syre (anoxisk miljö). Kolkälla (substrat) behövs

32 Efterdenitrifikation t Aerob Returslam Extern kolkälla Anoxisk Överskottsslam

33 Fördenitrifikation öde ato Anoxisk Aerob Internrecirkulation Returslam Överskottsslam

34 Antag en ASP med fördenit. där inkommade flöde=q, internrec.=rq och returslamflödet=sq. Antag vidare: Fullständig nitrifikation Fullständig denitrifikation Katarina Lindroth Inkommade N=Ammonium Då gäller NO 3 ut = 1 NH 1+ r + s 4 Bevis och generalisering: ing Se räkneöven. + in

35 18. Biologiska bäddar Princip: Låt mikroorganismerna i växa på en yta => biofilm. Transport: Diffusion (Fick s Lag)

36 Utformning: +Tålig mot belastningsvariationer, enkel, billig konstruktionk - Lång uppstartstid, risk för igensättning, nedkylning (vinteritd), höga pumpkostnader (=>ASP ofta mera ekonomisk)

37 Populärt alternativt suspenderat bärarmaterial ologi tekno tionst ormat Info

38 Mera från kursboken Avloppsteknik 2 OBS Läsanvisningar finns i Kursprogrammet! En hel del är självstudier! En del stoff tas upp senare i kursen t ex Sedimentering i

39 15 Kemisk fällning Princip: Fällningskemikalie (salt vars aktiva del är positivt laddat) reagerar (flera processer äger rum!) med föroreningen och bildar flock som kan avskiljas med sedimentering eller flotation. Används både inom kommunal och industriell AVR samt för dricksvattenrening.

40 För kommunal AVR: Avskilja fosfor (fosfat), f men även org föroreningar minskar. Fällningskemikalier, t ex Aluminiumsalter, trevärda och tvåvärda järnsalter (se s 54) Utfällning och flockbildning phberoende. Överdosering eller syratillsats kan behövas för att minska vattnets ph. Viktigt med snabb inblandning!

41 Hur mycket ska doseras?: Se föreläsning i reglerteknik! Val av fällningskemikalie: e -Kostnad - Genererad slammängd - Se sid 60 för flera faktorer!

42 Direktfällning Förfällning (OBS 1-biologiska i steget t behöver närsalter, 2- Org material behövs vid denitrifikation)

43 Efterfällning (kan nå 95-98% P-red) med ologi tekno tionst ormat Info Flerpunktsfällning (vanligt på större verk)

44 12 Sedimentering Princip: avskiljning av partiklar med högre densitet än vatten Sedimentering behövs efter mekanisk, biologisk och kemisk rening! Tips: Läs Kap 12 innan föreläsningen om Sedimentering!

45 13 Flotation (läses översiktligt) Princip: Tillförsel av gasbubblor som partiklar kan fästa vid, partiklarna stiger till ytan och kan tas bort med ytskkrapa.

46 14 Efterbehandling (läses översiktligt) Ta bort små partiklar efter sedimentering. Ofta för att få ner fosforhalten vid stränga utsläppskrav (<= 0.3 mg P/l) (Sand)filter Mikrosilning

47 Stora och små system Introd till Kap 6 (finns i Kompl mtrl) Konventionella storskaliga system: Hög reningsgrad g och låg reningskostnad/person Problem: Olika föroreningar blandas samman, svårare med resurseffektiv rening. Hög vattenförbrukning (transportmedel). Ej slutna materialflöden. Höga kapitalkostnader, inflexibilitet. Användaren ``utanför''.

48 Viktiga faktorer att beakta för alternativa reningssystem: Hygien/smittspridning. Sociala aspekter. Anpassning för användare Hushålla med energiresurser inklusive i energi. Notera att kväveåterföring är i huvudsak en energifråga. Kostnader, underhåll. Miljöpåverkan. Hur känslig är recipienten? Återföringspotential av närsalter.

49 Småskalig reningsteknik Glesare bebyggelse. Önskemål: Stabil drift Lågt underhållsbehov Viktigt ta hänsyn till lokala förutsättningar: Geohydrologi/klimat/recipient Ekonomi Belastningsfördelning l i Teknikkompetens => Det finnas inte en universallösning för avloppsvattenrening!

50 Småskalig reningsteknik Typiska svenska utsläppskrav för små reningsverk 15 mg BOD 7 /l 0.5 mg P tot /l Vanliga namn i debatten om alternativa system: Naturliga system, Hållbara system Ekologiska k system, Decentraliserade system, Källsorterande system...

51 Källsorterande system (se komp s samt Urinsortering Klosettvattensortering Torra system. Utmaning: hygienisk, ekonomisk och social acceptans!

52 Enskilda avlopp Slamavskiljning (trekammarbrunn) ologi tekno tionst ormat Info 40% av ca 1 miljon enskilda avlopp har bara slamavskiljning!

53 Minireningsverk (ej så vanligt) ologi tekno tionst ormat Info

54 Markbädd ologi tekno tionst ormat Info

55 Infiltrationsanläggning ologi tekno tionst ormat Info

56 Gemensamhetslösningar ( pe) Infiltration/markbädd Biodammar/Fällningsdammar Bevattningsdammar Våtmarker

57 Våtmarker ologi tekno tionst ormat Info