Utvärdering av flotationsanläggningen vid Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö Evaluation of the Dissolved Air Flotation unit at Sjölunda waste water tretment plant in Malmö Av Therese Johansson Vattenförsörjning- och avloppsteknik, Instutionen för kemiteknik, LTH w03tej@student.lth.se Abstract A trace element test shows that the water from the post-denitrification unit at Sjölunda waste water treatment plant does not mix with the water from the post-sedimentation from the activated sludge basins when the flow to the Dissolved Air Flotation unit is more than 2200 l/s. Jartests show that the water from the post-sedimentation from the activated sludge basins is more difficult to flotate than the water from the post-denitrification unit. To improve the treatment results at high flows occasions, 160 ml PAX XL100/l and 0,6 g polymer/l should be dosed. At normal flow occasions 80 ml PAX XL100 can be dosed to remove Phosphorus. Keywords: Dissolved Air Flotation, Sjölunda, coagulants Inledning Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö är flotationen en del av efterfällningsanläggning. Redan när flotationsanläggningen uppfördes 1979 uppstod problem då den inte fungerade riktig som den skulle. En rad försök har utförts på anläggningen för att förbättra den, något som har resulterat i att de 16 bassänger som finns i anläggningen ser olika ut. Flotationsanläggningen fick från början ta hand om om två olika vattentyper. Ena vattentypen var vatten från biobäddarna och den andra typen var vatten från aktivslamblocket. Vid ombyggnation av Sjölunda 1998 fick flotationsanläggningen ta emot en ny typ av vatten från efterdenitrifikationen i stället för biobäddarna. Kapaciteten för flotationsanläggningen är dubbelt så stor som för efterdenitrifikationen och när flödet överskrider denitrifikationens kapacitet kommer det även in vatten från aktivslamblocket i flotationen. Vid regnväder kommer det in mycket vatten till Sjölunda eftersom stora delar av dagvattensystemet är kopplat till reningsverket. Detta resulterar i att reningen i flotationen inte fungerar optimalt. Sjölunda har ett reningskrav för fosfor på 0,3 mg P/l och eftersträvar att inte släppa ut mer än 10 mg suspenderade ämnen/l. Syfte med denna studie är att utvärdera flotationsanläggningen på Sjölunda och undersöka om partikelseparationen kan bli bättre vid tillsats av fällningskemikalier. Förslag på driftstrategier ska även ges.
Sjölunda avloppsreningsverk och flotationsanläggningen Processbeskrivning av Sjölunda avloppsreningsverk I figur 1 visas en processbild över Sjölunda. Figur 1: Principskiss av Sjölunda avloppsreningsverk. Sjölunda är dimensionerat för en maxbelastning på 4400 l/s och under 2007 var medelflödet in till verket 122000 m 3 /dygn, vilket motsvarar 1410 l/s. Vattnet som kommer in till verket renas först i fyra rensgaller som har spaltvidden 3 mm och därefter delas vattnet upp två parallella linjer. Första steget i de båda linjerna är ett luftat sandfång. Efter sandfånget doseras ett tvåvärt järn som ska oxideras till ett trevärt järn i förluftningen. Därefter leds vattnet till fyra cirkulär försedimenteringsbassängerna i varje linje. Sista steget i linjen är aktivslambassänger som följs av eftersedimenteringsbassänger. Därefter slås vattnet från de båda linjerna ihop och fördelas ut på fyra stycken biobäddar som består av korrigerad plast av typen Munthers plasdek. Från biobäddarna pumpas vattnet till efterdenitrifiktationen som består av sex linjer med två bassänger i varje linje. Bassängerna är fyllda av Kaldnessbärare av typen K1. Efterdenitrifikationen är designad för att ta emot ett flöde på max 2200 l/s. Tillsist leds vattnet in i flotationsanläggningen som är designad för ett maxflöde på 4400 l/s. Om flödet in till verket är mer än 2200 l/s leds vatten från aktivslamblocket i första linjen in till flotationen. Efter flotationen leds vattnet ut i Öresund via två rör som är tre kilometer långa. Om det kommer in för mycket vatten in till verket kan en del av överskottsvattnet renas i ett bräddvattenmagasin som består av två bassänger. Innan vattnet kommer in i den första bassängen som fungerar som ett magasin renas det mekaniskt med rensilar. När första bassängen är full leds vattnet vidare till den andra bassängen som är en lamellsedimenteringsbassäng. I inloppet till den andra bassängen kan fällningskemikalie tillsättas. Flotationsanläggningen Flotationsanläggningen består av 16 bassänger som är uppdelade på två block. Bassäng 1-9 utgör block 1 och resterande bassänger utgör block 2, se figur 2. I bassäng 3, 4, 13, 14, 15 och 16 finns det en kontaktzonsvägg. Till varje bassäng finns ett opackat dispersionskärl. Mängden dispersionsvatten som ska tillsättas styrs av flödet och målet är att 10 % av flödet som lämnar flotationen ska recirkuleras som dispersionsvatten. Dock har problem med den flödesstyrda regleringen gjort att dispersionsflödet till varje bassäng varit låst på 10,5 l/s. Det innebär att
Figur 2: Hur bassängerna i flotationsanläggningen på Sjölunda är numrerade. andelen vatten som recirkuleras varierar mellan 4 och 42 % beroende på flödet, där den lägre andelen uppträder vid maxflöde. Rekommenderat värde är att 6-10 % ska recirkuleras som dispersionsvatten. (Harhoff och Van Vuuren, 1993). I flotationsanläggningen har alla bassänger sex stycken ställen där dispersionsvattnet kommer in i kontaktzonen, men bassäng 7 är ombyggd och där finns endast två stycken ställen där dispersionsvattnet kommer in i kontaktzonen. Metodik för laborationsförsök Syftet med experimenten som utfördes är att undersöka hur partikelavskiljningen i flotationsanläggningen på Sjölunda fungerar vid hög- och lågflöde, samt att se om partikelavskiljningen kan bli bättre vid tillsats av fällningskemikalier. Försöksplan De försök som har utförts redovisas nedan: Turbiditetsmätningar vid både hög- och lågflöde för att undersöka hur flödet påverkar partikelavskiljningen i flotationsanläggningen. Turbiditeten tas på både vatten som kommer in i flotationsanläggningen samt utgående vatten från varje bassäng för att upptäcka eventuella skillnader på bassängerna. Spårämnesförsök där spårämnet litium mäts i de båda kanalerna in till varje block för att undersöka hur vattnet från aktivslamblocket blandar sig med vattnet från efterdenitrifikationen. Flotationstest med vatten från efterdenitrifikationen och aktivslamblocket för att undersöka hur väl lämpade vattensorterna är för flotation. Även mängden dispersionsvattnets påverkan på flotationen undersöktes.
Fällningsförsök med fällningskemikalier och polymer på vattnet in till de båda blocken vid högflödestillfälle samt på vatten från efterdenitrifikationen utfördes för att undersöka om partikelavskiljningen kan bli bättre vid tillsats av fällningskemikalier. Turbiditet Turbiditeten mättes med hjälp av en portabel turbiditetsmätare, Hach Lange 2100P. Mätnoggrannheten för turbidimetern är ±2 % plus ströljus (<0,02 NTU). Mätområdet för turbidimetern är 0-1000 NTU (Hach Company, 2004). Spårämnesförsök Vid högflöde doserades en lösning med litiumklorid i slutet av efterdenitrifikationen momentant. Via mobiltelefonkontakt kunde provtagningen inne i flotationen påbörjas då litiumkloriden doserades. Därefter togs prov var 10 sekund i kanalerna som leder vattnet till de båda blocken. Prov togs även på vattnet innan försöket startade för att få fram bakgrundskoncentrationen av litium samt på litiumkloridlösningen för att fastställa hur mycket litium som doserats. Litiumproverna analyserades med atomabsorbationsteknik (perkin elmer AAS-300) (Zachowski, 2008). Fällnings- och flotationsförsök För att undersöka hur partikelavskiljningen blir vid flotation gjordes flotationsförsök med och utan fällningskemikalier. Den fällningskemikalien som användes var PAX XL100 som används i flotationsanläggningen idag. Även den katjonaktiva polyakrylamiden, C-949 testades i kombination med PAX XL100. Både PAX XL100 och C-494 är produkter som säljs av KEMIRA. Det går 126 g Al/l PAX XL100. Försöken utfördes i enlitersbägare och vid fällningsförsök användes även flockningsutrustning Flocculator 2000 från KEMIRA KEMWATER där tiden för inblandning, omrörning och sedimentering ställdes in. Vid fällningsförsöken startade först snabbinblandningen och därefter doserades fällningskemikalien. Snabbinblandningen var igång i 11 sekunder, därefter tog långsaminblandningen vid i 10 minuter. Vid de försök där polymer användes, doserades polymeren i provet efter cirka 5 minuters långsaminblandningen. Efter omrörningen tillsattes dispersionsvattnet med hjälp av en dispersionsspruta, se figur 3. Luften till dispersionssprutan fylldes på med hjälp av ett tryckluftscykelpumpsmunstycke som var monterat till ett luftuttag. På dispersionsklockan fanns en tryckluftsmätare som mätte trycket inne i klockan. Som dispersionsvatten användes kranvatten som mättes upp före och efter dosering för att se hur mycket vatten som tillsattes. Trycket i dispersionssprutan var runt 5 bar för att efterlikna trycket i dispersionskärlen ute i flotationsanläggningen. Mängden dispersionsvatten som tillsattes motsvarade cirka 10 % recirkulation, vilket är den mängd dispersionsvatten som tillsätts flotationsanläggningen om recirkulationen är flödesstyrd (vilket eftersträvas). Efter tillsats av dispersionsvatten fick provet flotera i 10 minuter. Prov togs ut med hjälp av en slang eller en pippet. Slangen var antingen fasttejpad på en bägare så prov kunde tas från botten med hjälp av en spruta eller så stacks slangen ner när provet floterat klart och prov togs ut. När prov togs ut med pippet stacks pippetten ned under slamtäcket och prov samlades in.
Figur 3: Dispersionssprutan som användes vid flotationsförsöken. Beredning av polymer Vid labbskaleförsöken användes en 0,05 % polymerlösning. Lösningen blandades genom att 0,5 gram polymerpulver löstes upp i 99,5 gram destillerat vatten under kraftig omrörning. Därefter fick lösningen stå i cirka 1 timme för att mogna (efter instruktioner av Pålsson, 2008). Mätningar av suspenderade ämne och total fosfor Mätningarna av suspenderat material utfördes enligt standarden SS-EN 872. Vid mätning av suspenderat material filtrerades en känd mängd prov på ett filterpapper av känd vikt. Filterpappret torkades sedan i 105 C i en timme innan det vägdes och susphalten kunde beräknas enligt ekvation 1. mg susp/l = torkat filter med prov filter provvolym (1) Koncentrationen av totalfosfor mättes med hjälp av Dr Langes testkyvetter, LCK 349 som mäter totalfosfor i området 0,05-1,5 mgp/l. Metoden baseras på fosfatjoner som reagerar i sur lösning med molybdat- och antimonjoner till ett antimonylfosformolybdat- komplex. Vid tillsats av askorbinsyra bildas ett blått komplex som mäts i fotometer (Lange, 2008). Resultat och Diskussion Vid ett högflödestillfälle gjordes ett spårämnesförsök där litium doserades i vattnet från efterdenitrifikationen och sedan samlades upp in till de två blocken i flotationen. Av de 26 gram litium som doserades samlades 12 g upp i block 1 och 9 g i block 2. Resultatet visar att vattnet från efterdenitrifikationen i första hand går in i block 1 och att vattnet inte blandas med vattnet från aktivslamblocket. Under både högflödestillfälle (> 2200 l/s) och lågflödestillfälle (< 2200 l/s) mättes turbiditeten i de 16 bassängerna i flotationsanläggningen för att undersöka om det är någon skillnad mellan dem. Turbiditeten är mätt under 3 dagar vid lågflödestillfällena, 3 gånger varje dag. Turbiditeten är mätt 3 gånger under högflödestillfälle under två dagar. Figur 4 visar medelturbiditeten vid mätningarna under högflöde och lågflöde samt lägsta och högsta uppmätta värde i varje bassäng. Av figuren går det att utläsa att turbiditeten i block 2 (bassäng 9-16) är större än i block 1 (bassäng 1-8), vilket visar att partikelavskiljningen i block 2 är sämre än i block 1 vid högflöde. För att undersöka hur väl lämpade vattnet från efterdenitrifikationen och aktivslamblocket är
Figur 4: Medelvärdet av turbiditeten i varje bassäng under högflöde och lågflöde samt högsta och lägsta uppmätta värde. för flotation gjordes ett floteringsförsök där mängden dispersionsvatten varierades på de olika blocken. Mängden dispersionsvatten motsvarade en recirkulation på 4, 6, 10 och 20 %. Haarhoff och Van Vuuren (1993) rekommenderade att mellan 6 och 10 % av vattnet skulle recirkuleras. 4 % recirkulation inträffar vid maxflöde och 20 % av flödes recirkuleras om flödet in till flotationen är 840 l/s. Proven fick flotera olika länge för att motsvara uppehållstiden i flotationsanläggningen. Uppehållstiderna varierade från 28-127 min. Resultatet kan beskådas i figur 5.
Figur 5: I vänstra figuren visas turbiditeten i förhållande till olika mängd recirkulation vid flotering av vatten från efterdenitrifikationen. I högra figuren visas turbiditeten i förhållande till olika mängd recirkulation vid flotering av vatten från aktivslamblocket. Som ses i figur ref:recirkulation är vattnet från efterdenitrifikationen mer lämpat för flotation jämfört med vattnet från aktivslamblocket för att turbiditeten reduceras mer vid lägre tillsats av dispersionsvatten. Bäst reduktion av turbiditeten i vattnet från aktivslamblocket skedde vid 20 % recirkulation, vilket ändå inte gav tillräcklig reduktion av turbiditeten. Av detta försök visar resultatet att mängden dispersionsvatten är viktig för att få en bra flotation. Försök gjordes även där fällningskemikalien PAX XL100 kombinerades med det katjoniska polymeret C-494. Till 160 ml PAX XL100 per kubikmeter vatten från block 1 och block 2 tillsattes 0,5, 0,6 och 0,7 g polymer. Polymeren tillsattes som en 0,05%-lösning. Flödet in till flotationen var 3420 l/s vid försöket. Resultatet kan ses i figur 6. Som ses i figuren blir resultatet i de båda blocken bäst om PAX XL100 kombineras med dosen 0,6 g polymer per kubikmeter vatten. Fällningsförsök utfördes även på vatten från efterdenitrifikationen. Olika doseringar av PAX XL100 kombinerades med olika doser av katjoniskt polymer. Bäst resultat blev det med dosen 80 ml PAX kombinerat med 0,5 ml katjoniskt polymer per kubikmeter avloppsvatten. Försök gjordes även där koncentrationen av fosfor och suspenderade ämnen mättes. Doserna av fällningskemikalier som testades var de som fungerade bäst vid högflöde och lågflöde, med och utan polymer. Försök utfördes även där provet enbart floterades utan tillsats av kemikalie. Resultatet kan beskådas i figur 7. Som ses i figuren blev resultatet bäst när 80 ml PAX XL100 tillsattes per kubikmeter vatten. Resultatet blev även bra utan tillsats av kemikalier, men vid behov av att sänka fosforkoncentrationen kan PAX XL100 tillsättas.
Figur 6: Turbiditeten mätt i block 1 och block 2 vid tillsats av fällningskemikalier. Figur 7: Turbiditeten och koncentrationen av suspenderade ämnen och fosfor ändras vid tillsats av fällningskemikalier.
Slutsats Spårämnesförsöket som gjordes visade att: Vattnet från efterdenitrifikationen inte blandades med vattnet från aktivslamblocket. Vattnet från aktivslamblocket i huvudsak gick in i block 2. Flotationsförsöken med vatten från efterdenitrifikationen och aktivslamblocket visade att: Vattnet från efterdenitrifikationen är mer lämpat för flotation än vad vattnet från aktivslamblocket är. Vattnet från aktivslamblocket behöver minst 20 % recirkulation för att turbiditeten ska minska något. Turbiditetsmätningarna i flotationsanläggningen visade att: Turbiditeten i block 2 var högre än i block 1 vid högflöde. Att vattnet från sämre på att flotera och det är för lite dispersionsvatten för att få en bra dispersion. Fällningsförsöken vid högflöde visade att: Lämplig dosering är 160 ml PAX XL100/l och 0,6 g polymer/m 3 av den katjoniska sorten, C-494. Doseringen fungerade bättre i block 2 än vad den gjorde i block 1. Fällningsförsöken på vattnet från efterdenitrifikationen visade att: Tack Flotationen av vattnet fungerar bra utan tillsats av fällningskemikalier. För att reducera fosforn kan 80 ml PAX XL100/l doseras. Stor tack till professor Jes la Cour Jansen, Michael Ljunggren, Ulf Nyberg och Christopher Gruvberger som har gjort det möjligt att utföra mitt examensarbete. Även ett stor tack till personalen på Sjölunda som har svarat på alla mina frågor. Referenser Driftinstruktioner för Sjölunda avloppsreningsverk, hämtade [2008-10-15], revideras löpande Haarhoff, J., Van Vuuren, L. R. J., 1993. A South African Design Guide for Dissolved Air Flotation. Report for the Water Research Commission Hach Company,2008. Portabel turbiditetsmätare, Modell 2100P, Instrument- och användningsbok. Hämtad från http:www.hach-lange.secountrysitesaction_qdocuments_list SA_ID10lkzSEspkzsvTOKENzLJhGP9ZCNT5D1EOIDjqlM1_t8MBoJnxg, [2008-11-28] Johansson, T., 2008. Utvärdering av flotationsanläggningen vid Sjölunda avloppsreningsverk i
Malmö. Examensarbete, Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, Institutionen för Kemiteknik, LTH Lange, 2008. Analysföreskrift, Kyvett-test LCK 349 Fosfor total / Fosfat orto Reviderad: 2008-07-07. Hämtad från: http:www.hach-lange.secountrysitesaction_qdocuments_list SA_ID10lkzSEspkzsvTOKENbB4lY91O2EP1mPO _IlnNQNDTTg8MUHYtuA, [2008-08-12] Miljörapporter för Sjölunda avloppsreningsverk, Malmö, Åren 1990-2007 Personal vid Sjölunda, 2008. personlig kommunikation Pålsson, A. 2008. Email och telefonkontakt Zachowski, S., 2008. Email