Koholmens Avloppsreningsverk

Transkript

1 Koholmens Avloppsreningsverk - Informationsskyltar - Jan Andersson, Ljungsjömåla Text, Bild & Form HB, 2001 TEKNISKA FÖRVALTNINGEN

2 Koholmens avloppsreningsverk Pumpstationer Gullberna och Vämöviken Inlopp Fingaller Sand/fettfång Bio-bassänger Mellansedimentering Flockning Slutsedimentering Sandfilter Värmepump Utlopp Returslam Kemslam Slamlager Rens och sand till deponi Överskottslam Föravvattning Centrifug Slamgödsel Avloppsreningsverket på Koholmen byggdes 1995/96 och togs i drift vintern 1996/97. Anläggningen är dimensionerad för en föroreningsbelastning motsvarande cirka personer och ersätter flera äldre verk. Förutom Karlskrona betjänar reningsverket tätorterna Lyckeby, Rödeby, Spjutsbygd och Nättraby. Reningseffekten är för kväve cirka 75%, samt för organiskt material och fosfor mera än 95%. Anläggningen på Koholmen är hjärtat i Karlskronas moderniserade system för tätortens avloppshantering, byggt för 2000-talets krav på kretsloppsanpassad VA-hantering. Reningsprocessen, som i huvudsak baseras på biologiska processer, är mycket flexibel och kan anpassas till såväl variationer i flöde och föroreningsmängd som till ändrade driftstrategier. Processutformningen ger goda förutsättningar för en återföring av näringsämnen i ett slutet kretslopp mellan stad och land. Dimensioneringsdata F lödesbelastning: F öroreningsbelastning : Utsläppshalter : Q medel Q dim m 3 / d BOD 250 mg/ l BOD7 < 10 mg/ l m 3 / d Fosfor 12 mg/ l Kväve 42 mg/l Fosfor < 0,3 mg/ l Kväve < 12 mg/ l Till Koholmens avloppsreningsverk kommer spillvatten från Karlskrona tätort samt samhällena Lyckeby, Rödeby, Nättraby och Spjutsbygd. Det motsvarar omkring personer, jämte de flesta större företagen i kommunen. För att erhålla ett jämnt flöde finns två utjämningsmagasin vid pumpstationerna Gullberna och Vämöviken. Från dessa pumpas avloppsvattnet till Koholmen i två ledningar. Varje ledning klarar som mest att transportera kubikmeter avloppsvatten per timme. Men det beräknade normalflödet är mycket mindre, totalt cirka 700 kubikmeter per timme. Vid extrema flöden, över kubikmeter per timme, som tillfälligt kan uppstå vid t ex kraftiga regnväder, måste en del av avloppsvattnet ledas förbi det biologiska reningssteget. För detta ändamål finns, som säkerhetsåtgärd, en tredje förbigångsledning.

3 Mekanisk behandling - Fingaller Fasta föroreningar som t ex papper, tops, bindor med mera avskiljs i två fingaller. De fungerar som silar med en spaltbredd av två millimeter och rensas automatiskt. Renset transporteras därefter genom skruvmatning till en container för vidare transport till deponianläggningen i Bubbetorp. Det tredje fingallret används för slam från små reningsverk som inte har egen slambehandling. Fingallerna är belägna på den högsta nivån i reningsprocessen. Inloppspumparna vid Vämö och Gullberna trycker avloppsvattnet hit genom stigschakt. Vattnet kan således genom självfall sedan passera processen även om Koholmen skulle drabbas av strömavbrott. Fasta föroreningar i avloppsvattnet ger upphov till många driftstörningar. Därför får man inte spola ned tops, bindor, hår, trassel, eller andra fasta föremål som kan täppa till ledningarna eller skada reningsprocessen. Kasta istället sådant avfall bland soporna. Ett praktiskt tips är att ha en liten sopbehållare i badrummet. Illustration: Pär Samuelsson

4 Mekanisk behandling - Sand- och fettfång Från fingallerna rinner avloppsvattnet till två parallella sand- och fettfång. I botten på dessa sker luftinblåsning. Fett i avloppsvattnet lyfts till ytan och tas bort med vipprännor. Sand, kaffesump och andra små, tunga partiklar sjunker däremot till botten. Det avskiljda fettet samlas i en brunn, från vilken sedan en slambil hämtar fettet för borttransport till deponi. De tyngre partiklarna förs efter avvattning till samma container som den där avfallet från fingallerna samlas upp. Vipprännor Fettbrunn Bubbetorp Avvattning Sand- och fettfång, principschema. Illustration: Jan Andersson

5 Förbiledning Efter den mekaniska behandlingen, där allt inkommande avloppsvatten passerar, finns möjligheter att leda avloppsvatten förbi det biologiska behandlingssteget. Detta är nödvändigt vid kraftiga flöden, mera än kubikmeter per timme. I annat fall skadas de biologiska processerna. Ett delflöde av det mekaniskt renade vattnet leds då direkt till flockningsbassängerna för kemisk behandling och efterföljande sedimentering samt filtrering. I nödfall kan en mindre del av det mekaniskt renade vattnet också ledas till utloppsledningen. Förbiledning av avloppsvatten är dessbättre ytterst ovanligt och förekommer som genomsnitt bara vid något tillfälle per år. De biologiska processerna är dimensionerade för ett normalflöde av cirka 700 kubikmeter per timme och ett maximalflöde av högst kubikmeter per timme. Skulle flödet bli högre leds överstigande del av det mekaniskt renade vattnet direkt till kemisk fällning.

6 Biologisk behandling - Två biolinjer Koholmen har två separata processlinjer för den biologiska behandlingen. Avloppsvattnet kan fördelas olika mellan de två biolinjerna. Det sker med hjälp av ett roder som styr mängden vatten till biolinjerna. Möjligheter finns att helt stänga av flödet till en linje vid reparationsarbeten eller för att skydda mikroorganismerna från skadliga ämnen, om sådana skulle upptäckas i avloppsvattnet. Aktiva mikrober kan därefter föras över mellan biolinjerna för att snabbt återställa full biologisk aktivitet. Varje biolinje har en volym av cirka kubikmeter. Det innebär att avloppsvattnet vid normalflöde har en uppehållstid i biobassängerna på cirka ett och ett halvt dygn. Med hjälp av ett roder kan strömmen av avloppsvatten fördelas olika mellan reningsverkets två parallella biolinjer. Illustration: Jan Andersson

7 Biologisk behandling av avloppsvatten - Princip Den huvudsakliga reningen av avloppsvattnet sker i de biologiska behandlingsstegen. Reningsarbetet utförs av olika naturligt förekommande mikroorganismer, främst bakterier, som kommer in via avloppsvattnet och som sedan förökar sig i biobassängerna. De mikroorganismer som deltar i reningsprocessen är ytterst specialiserade och har var för sig olika krav på livsmiljön. I biobassängerna skapas därför förhållanden som bäst gynnar de bakteriekulturer som man vill ha. När bakterierna bryter ned föroreningarna får dom också energi som möjliggör tillväxt. Tillsammans bildar alla mikroorganismer i biobassängerna ett slam. Tillväxten tas ur processen i form av ett s. k. överskottsslam, vilket innehåller såväl näringsämnen som vissa metaller. Reningsarbetet utförs av olika mikroorganismer. I biobassängerna skapas förhållanden som gynnar de bakteriekulturer som gör det man vill ha gjort. Illustration: Pär Samuelsson

8 Biologisk behandling av avloppsvatten - Utformning En del bakterier kräver mycket syre, medan andra ska tvingas arbeta vid syrebrist. Därför skapas avseende syrehalten olika zoner i biobassängerna. Vattnet recirkuleras flera gånger mellan olika zoner i den biologiska behandlingen av avloppsvattnet. Detta görs för att vissa biologiska processer måste ske i en omvänd ordning mot vattnets väg genom bassängerna. Tack vare recirkulationen behandlas avloppsvattnet dessutom mer än en gång, vilket ger en bättre reningseffekt. För att mikroorganismerna inte ska sjunka blandas vattnet av kraftiga omrörare. I de zoner som luftas behövs däremot inga mekaniska hjälpmedel eftersom luftinblåsningen räcker till för att hålla mikroberna svävande. Omblandningen ger också en bra kontakt mellan bakterierna och de ämnen som skall brytas ned. I den anaeroba zonen finns inget syre. I den anoxiska zonen finns syre bara bundet till kväveföreningen nitrat (NO 3 ), medan det i den aeroba zonen finns i vattnet lösta syremolekyler (O 2 ). De två recirkuleringsströmmarna ökar flödet genom biobassängerna, vilket gör att olika biologiska processer kan ske samtidigt. Illustration: Jan Andersson

9 Biologisk behandling av avloppsvatten - Nedbrytning Den utan jämförelse största föroreningsmängden i avloppsvattnet utgörs av organiskt material. Merparten av detta bryts ned av mikroorganismer i de syrerika delarna av biobassängerna. Nedbrytningen av det organiska materialet i reningsverket går till på samma sätt som i naturliga system. Principiellt är nedbrytningen identisk med den "förbränning" av organiskt material (t. ex. kolhydrater) som sker i cellerna hos både växter och djur. Summariskt kan processen beskrivas enligt följande: CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O + Energi Kolhydrat + Syre Koldioxid + Vatten + Tillväxt Processen är mycket syrekrävande och för att bakterierna på kort tid skall klara att bryta ned de organiska föroreningar tillförs syre genom inblåsning av luft till delar av biobassängerna. Vid nedbrytning av de organiska föroreningarna tillvaratar bakterierna den kemiska energi som frigörs under processen. Därmed får de kraft att växa och föröka sig. Nedbryningen är mycket effektiv och av det organiska materialet återstår sedan bara koldioxid, vatten och fler bakterier som bildar ett avskiljbart slam. Illustration: Pär Samuelsson

10 Biologisk behandling av avloppsvatten - Nitrifiering I avloppsvattnet finns stora mängder kväve i form av växtnäringsämnet ammonium (NH 4 ). Under reningsprossen frigörs detta kväve till vanlig kvävgas (N 2 ), vilken normalt inte kan tjäna som kvävekälla för växterna. Men för att en sådan frigörelse ska kunna äga rum måste kvävet föreligga som nitrat (NO 3 ). Det finns dock bakterier som utvinner energi genom att under syreförbrukning omvandla ammonium till nitrat. Processen, som kallas nitrifiering, löper i två steg och utförs av olika bakterier: NH 4 + 1,5 O 2 NO 2 + H H + Energi Ammonium + Syre Nitrit + Vatten + Väte + Tillväxt NO 2 + 0,5 O 2 Nitrit + Syre NO 3 + Energi Nitrat + Tillväxt Jämfört med andra bakterier tillväxer nitrifierarna långsamt. Reningsbassängernas luftade zoner är bl. a. därför jämförelsevis stora. Väte Nitrat Nitrit Ammonium Syre I biobassängernas syrerika zoner omvandlas ammoniumkväve till nitratkväve av speciella bakterier som härigenom får tillgång till energi. Processen löper i två steg med nitrit som mellanprodukt. Illustration: Pär Samuelsson

11 Biologisk behandling av avloppsvatten - Denitrifiering För kväverening av avloppsvattnet utnyttjas bakterier som har förmågan att tillväxa även om vattnet saknar syre. De klarar sig genom att istället använda det syre som finns i nitratkväve (NO 3 ) till den (för livet) nödvändiga förbränningen av organiskt material. När så sker frigörs kvävet och stiger som harmlös kvävgas (N 2 ) upp till luften. Företeelsen, denitrifikation, sker också i naturliga system och kan ses som ett alternativ för bakterierna att klara tillväxten vid brist på fritt syre. Om fritt syre tillförs upphör dock denitrifikationen omedelbart. Kväverening genom denitrifikation kan således bara ske vid tillgång på organiskt material och nitrat i en miljö som saknar fritt syre. Dessa förutsättningar skapas i biobassängernas anoxiska zoner. Här sker ingen luftning och hit pumpas det nitratrika vattnet från de aeroba områdena. Kvävgas Syre Nitrat I den syrefattiga zonen finns syre bara bundet till kväveföreningen nitrat. När bakterierna tvingas använda detta syre frigörs kvävet och stiger som ofarlig kvävgas upp till luften. Illustration: Pär Samuelsson

12 Biologisk behandling av avloppsvatten - Fosforreduktion Med hjälp av så kallade Bio-P-bakterier kan fosfor avskiljas genom biologiska processer. Dessa mikroorgansimer har förmåga att vid tillgång på fritt syre ta upp stora mängder fosfor i form av energirik polyfosfat. Fosforupptaget sker således i biobassängernas syrerika (aeroba) zoner. När bio-p-bakterierna genom recirkulation av avloppsvattnet hamnar i de syrefria (anaeroba) zonerna kan de utnyttja den lagrade energin för upptag av lättnedbrytbart organiskt material. Därmed kommer fosfor att frigöras, men när Bio-P-bakterierna åter hamnar i den syrerika zonen kan de förbränna det lagrade lättnedbrytbara materialet och därmed ta upp ännu mera fosfor. För att biologisk fosforrening ska kunna ske krävs alltså omväxlande syreförhållanden och tillgång på lättnedbrytbart organiskt material. Biologisk fosforrening utförs av speciella bakterier som har förmåga att ta upp mera fosfor än vad de egentligen behöver. Illustration: Pär Samuelsson

13 Biologisk behandling - Var rädd om bakterierna!! Mikroorganismerna i biobassängerna bryter ned drygt 95 procent av de organiska föroreningarna till koldioxid och vatten. De klarar också att omvandla cirka 75 procent av växtnäringsämnena ammonium och nitrat till ofarlig kvävgas. Dessutom kan de fånga upp mycket av den fosfor som finns i avloppsvattnet. För att bakterierna ska klara detta krävs emellertid en giftfri miljö! Om miljöfarligt avfall hamnar i avloppsvattnet kommer dessa värdefulla mikrober att skadas. Därför får aldrig oljor, lösningsmedel, målarfärgsrester, fotokemikalier, bekämpningsmedel, starkt sura eller starkt alkaliska vätskor tillföras avloppet. Samla istället upp sådant avfall i särskilda behållare och lämna in dessa till kommunens miljöstationer. Om oljor, lösningsmedel eller annat miljöfarligt avfall hamnar i avloppet kommer bakterierna att skadas allvarligt och i värsta fall att dö. Illustration: Pär Samuelsson

14 Mellansedimentering När avloppsvattnet lämnar biobassängerna inne-håller det mängder av mikroorganismer som tillsammans bildar ett slam. Därför leds vattnet sakta genom sex parallella sedimenteringsbassänger så att detta slam kan sjunka till botten. Med kedjeskrapor samlas slammet upp i slamfickor, varifrån det sedan kan pumpas bort. Det mesta av slammet, normalt kubikmeter per dygn, transporteras som returslam tillbaka till biobassängerna så att bakterierna kan fortsätta att göra nytta där. Den del som motsvarar bakterietillväxten måste däremot tas ur processen som ett överskottslam. Exakt hur mycket slam som ska tas bort bestäms av värdena från bassängernas slamhaltsmätare. Normalt uppgår överskottet till cirka 400 kubik-meter per dygn. Avloppsvattnet leds vidare genom avdragsrännor. Avdragsrännor Kedjeskrapa Slamficka I mellansedimenteringen avskiljs mikroorganismerna genom att de som slam sjunker till botten. Med hjälp av kedjeskrapor samlas slammet i slamfickor, varifrån det mesta sedan pumpas tillbaka till biobassängerna. Illustration: Jan Andersson

15 Flockning och slutsedimentering Vattnet från mellansedimenteringen ser rent ut, men lite föroreningar, framförallt fosfor, finns kvar i form av mycket små partiklar och molekyler. Med hjälp av fällningskemikalie (metallsalter) kan man få sådana småpartiklar att klumpa ihop sig. Efter inblandning fäster sig kemikalien på föroreningarna, vilket får till följd att dessa binds samman till större och avskiljbara flockar. På Koholmen används aluminiumsalter som fällningskemikalie. Tillsatsen sker i speciella flockningsbassänger. Kemikalien blandas in under kraftig omrörning. Därefter sker en mera långsam omrörning, varvid föroreningarna dras ihop till snöflingeliknande flockar. I den efterföljande slutsedimenteringen sjunker flockarna till botten som ett slam, vilket sedan pumpas tillbaka till biobassängerna. För att kunna avskilja små och i vattnet lösta föroreningar används aluminiumsalter som fällningskemikalie. Denna gör att småpartiklarna samlas ihop till större och avskiljbara flockar. Illustration: Pär Samuelsson

16 Sandfilter och utloppsledning Som ett sista steg i reningsprocessen finns sju sandfilter. Här rinner det nästan helt rena vattnet genom en sandbädd där eventuellt kvarvarande rester från flockningen effektivt fångas upp av sanden. Därmed är vattnet färdigrenat. Vid normal drift klarar reningsprocessen att ta bort: Cirka 99 procent av organiskt material. Cirka 96 procent av mängden fosfor. Cirka 75 procent av mängden kväve. Det renade vattnet släpps ut i en fyra och en halv kilometer lång utloppsledning som mynnar ut på 20 meters djup söder om Verkö. Med hjälp av bottenströmmar förs vattnet sedan ut ur Karlskronas skärgård. Utloppsledningen från Koholmens avloppsreningsverk är fyra och en halv kilometer lång. Den byggdes vid kaj och bogserades i sektioner ut till havs. Ledningen hålls på plats med hjälp av betongblock. Foto: Jan Andersson

17 Slambehandling Överskottslammet innehåller stora mängder vatten som tas bort i föravvattnare och centrifuger. Föravvattnarna fungerar som silar där en del av vattnet rinner igenom. I de hastigt roterande centrifugerna slungas vattnet ur slammet som en följd av centrifugalkrafterna. Under avvattningarna minskar volymen från cirka 400 till 16 kubikmeter per dygn. Det vatten som tas bort leds tillbaka till biobassängerna, medan slammet förs till ett slamlager i avvaktan på vidare transport. Koholmens reningsverk producerar årligen ungefär kubikmeter slam som kontinuerligt kontrolleras genom provtagning och analys. Slammet är av mycket bra kvalitet och därmed godkänt för spridning på jordbruksmark i överenskommelse mellan LRF, Naturvårdsverket och VA-branschen. Slammet från Koholmens avloppsreningsverk är ett utmärkt gödselmedel och godkänt för spridning på jordbruksmark. Därmed kan vi också sluta kretsloppet av näringsämnen mellan stad och land. Illustration: Pär Samuelsson

18 Kemikaliehantering Fällningskemikalie För att ta bort (fälla ut) de rester av fosfor som den biologiska behandlingen inte klarat används aluminiumsaltlösningar. Dessa doseras i proportion till flödet genom reningsverket. Beroende på hur driftsituationen ser ut kan tre olika doseringsställen väljas. Simultanfällning sker i biobassängerna under perioder när den biologiska fosforreningen inte fungerar tillräckligt bra. Beroende på val av fällningskemikalie sker fällning vid övriga tillfällen som efterfällning i flockningssteget eller som fällning på filter vid inloppet till sandfilterna. Polymer Polymer behövs för att erhålla ett bra resultat vid avvattning av slam. Polymer består av långsträckta, oftast laddade kolvätemolekyler som gör så att slammet klumpar sig och blir mera vattenavvisande. På detta sätt kan torrhalten i den färdiga slamgödseln höjas, vilket underlättar hanteringen och minskar transportkostnaderna. Polymerlösning bereds av fasta eller flytande polymerer. På reningsverket finns två separata system för beredning, vilket innebär att olika polymerlösningar kan användas vid föravvattning respektive centrifugering. Simultanfällning Efterfällning Fällning före filter Returslam Kemslam Slamlager Överskottslam Föravvattning Centrifug Slamgöds Polymer Polymer

19 Mätning och provtagning Pumpstationer Gullberna och Vämöviken Inlopp Fingaller Sand/fettfång Bio-bassänger Mellansedimentering Flockning Slutsedimentering Sandfilter Värmepump Utlopp Flöde Prov Slamhalt Syrehalt Prov Prov Returslam Kemslam Slamlager Flöde Container för rens och sand Överskottslam Föravvattning Centrifug Slamgödsel Flöde och Slamhalt För att rätt kunna styra och kontrollera reningsverkets alla processer krävs stora mängder insamlade data. Vid olika processteg finns därför elektroniska givare som mäter flöden, slamhalt, syrehalt med mera. Dessutom pumpas inkommande, biologiskt behandlat samt färdigrenat vatten hit till provtagningsstationen för kompletterande mätningar och provtagning. Allt vatten som passerar reningsverket provtas och analyseras av personal från kommunens ackrediterade vattenlaboratorium. Proverna från inlopp och utlopp analyseras för att man ska få reda på den totala reningseffekten. Vid analyserna av det biologiskt färdigbehandlade vattnet mäts främst resthalter av ammonium. De resultaten speglar effekten av kvävereningen och påverkar valet av driftstrategi. Vid reningsverket utförs kontinuerligt olika mätningar och provtagningar för att alltid kunna styra processerna till bästa vattenrening. Illustration: Pär Samuelsson

20 Kontrollrum - Datorstöd Koholmens dator styr reningsverkets samtliga maskiner med hjälp av insignaler från registrer-ande instrument. Flertalet processförändringar kan göras direkt via datorn, som även svarar för övervakning av samtliga processteg, dygnet runt. Skulle datorn notera onormala värden från något instrument skickar den ut en larmsignal. Utanför ordinarie arbetstid går sådana larm till beredskapspersonalen. Alla mätvärden lagras i datorn under minst sex månader. Därefter överförs all data till band. Den lagrade informationen sammanfattas i dygns-, månads- och årsrapporter som automatiskt skrivs ut. De samlade mätvärdena kan även användas som underlag till trendkurvor för samtliga händelser i processkedjan för en valfri tidsperiod. Datorn styr, övervakar och registrerar ständigt reningsprocesserna. Om något onormalt inträffar skickar den ut ett larm till personalen. Illustration: Pär Samuelsson