Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten

Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten Examensarbete av: Lovisa Larsson Oktober 2004

Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet Department of Water and Environmental Engineering Lunds Institute of Technology University of Lund Kemisk och mekanisk rening av bräddvatten Examensarbete av: Lovisa Larsson Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Oktober 2004 Examinator: Professor Jes la Cour Jansen Handledare: Michael Ljunggren Externa handledare: Lars Gillberg och Britt Nilsson (Kemira Kemi AB) Postadress: Box 118 221 00 Lund Besöksadress: John Ericssons väg 1 Telefon: +46 46-222 89 96 Fax: +46 46-222 42 24 Webbadress: www.vateknik.lth.se 2

Förord Först av allt vill jag tacka min handledare Michael Ljunggren, doktorand vid Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid LTH, som har engagerat sig mycket i arbetet och som hela tiden har kommit med goda råd och uppmuntran. Försöken vid Sjölunda reningsverk hade inte varit möjliga för mig utan allt samarbete. Han har dessutom gjort studien över partikelstorleksfördelning, som återfinns i arbetet. Jag vill även tacka examinator professor Jes la Cour Jansen, för bra synpunkter. Jag vill också tacka all personal vid Kemira Kemi AB, som har engagerat sig i mitt arbete, och som gjorde tiden vid företaget mycket trivsam. Särskilt vill jag tacka Lars Gillberg för att han delat med sig av sin stora kunskap. Ett särskilt tack riktas också till Britt Nilsson för alla beräkningar och material till försöken vid Sjölunda reningsverk. Till sist vill jag även tacka Hydrotech AB för att försöken med skivfiltret blev möjliga. Hjälpen jag fick av Lars Alm förenklade försöken avsevärt. Under arbetets gång har jag fått träffa många människor och lära mig väldigt mycket. Tack! 3

Sammanfattning Då kraven på minskade utsläpp ökar vid reningsverken, måste nya metoder för rening av avloppsvatten utvecklas. Vid många reningsverk medför intensiva regn stora utsläpp av närsalter, eftersom en del av det inkommande vattnet måste bräddas, alltså ledas förbi utan rening, när den hydrauliska belastningen blir för hög. Vid många verk finns det inte möjlighet att bygga ut reningsstegen på grund av platsbrist och ekonomi och det finns därför ett stort behov av att hitta en platssnål, enkel och effektiv reningsmetod, som bara används vid ökade inkommande flöden. I detta arbete testades en metod där försedimenterat avloppsvatten förfälldes med metallsalt och polymerer och sedan filtrerades med hjälp av ett skivfilter. Arbetet är ett examensarbete utfört vid Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid Lunds Tekniska Högskola i samarbete med Kemira Kemi AB och Hydrotech AB. Laborationsförsök utfördes vid Kemira Kemi AB och pilotförsök vid Sjölunda reningsverk i Malmö. Arbetet är ett steg i en större studie där förfällning och skivfiltrering kombineras, vilket är en sedan tidigare obeprövad metod. Det vatten som bräddas vid reningsverk genomgår oftast försedimentering, där större partiklar avlägsnas och det innehåller därför mestadels små partiklar. För att avskilja dessa partiklar i ett skivfilter, krävs det en mycket fin porstorlek på dukarna med en låg hydraulisk kapacitet som följd. Hypotesen inför arbetet var följande: Om partiklarna i vattnet kan aggregera och bilda större flockar med hjälp av kemikalietillsats, så kan den hydrauliska kapaciteten av skivfiltret höjas eftersom porstorleken då kan ökas, och metoden blir då effektiv nog att användas för bräddvattenhantering. Med kemikalietillsats är det även möjligt att reducera löst fosfor och bakterier från vattnet. Eftersom metoden inte har använts tidigare var det inför arbetet osäkert om det var möjligt att skapa flockar med rätt förutsättningar. Laboratorieförsök utfördes för att jämföra olika kemikaliers flockningsegenskaper. För att avskiljningen ska vara lyckad i skivfiltret krävs det att de bildade flockarna är tillräckligt starka för att tåla stora skjuvkrafter utan att gå sönder. De måste dessutom vara större än filtermaskorna för att inte passera filterdukarna och ha en kort uppbyggnadstid för att de ska hinna bildas i flockningstankarna innan filtret. Med analysinstrumentet PDA2000 kan olika flockningsegenskaper hos koagulanter studeras och instrumentet bedömdes vara lämpligt att använda för val av kemikalie till skivfiltret. PDA-instrumentet var relativt okänt när arbetet startades, eftersom det inte hade använts tidigare vid Kemira Kemi AB. Laborationsförsökens syfte var att utvärdera instrumentets möjligheter och begränsningar vid flockningsstudier i allmänhet, samt att om möjligt använda resultaten som underlag till val av kemikalier vid pilotförsöken. Vid mätning med PDA2000 sker ett flockningsförsök i en enlitersbägare, där Kemira Kemwaters omrörare Flocculator 2000 används, samtidigt som provet pumpas genom en smal gummislang förbi en mätcell och sedan tillbaka till bägaren. PDAinstrumentet mäter turbiditeten på det flödande provet och när de bildade flockarna passerar mätcellen varierar mätsignalen. Denna variation utnyttjas för att bestämma 4

den relativa flockstorleken. Genom att variera propellerhastigheten under försökets gång kan följande jämförelser mellan olika koagulanter och ph-värden göras: tid för flockarna att börja växa till tillväxthastighet flockstorlek flockstyrka flockarnas förmåga till återbildning efter sönderslagning De parametrar som ansågs vara viktigast vid val av kemikalie till filtret var den initiala flockbildningen, skjuvtåligheten och det ph-intervall där flockningen fungerar. Eftersom PDA2000 inte hade använts tidigare vid Kemira Kemwater, var det viktigt att olika inställningar av instrumentet kunde testas. Dessutom var det viktigt att försökskemikalierna jämfördes under samma förutsättningar. Avloppsvatten ändrar karaktär beroende på dag och tid på dygnet, vilket gör det olämpligt att använda vid försöken. Istället användes tillblandat syntetiskt avloppsvatten. Vid laborationsförsöken jämfördes sex av Kemira Kemwaters produkter, PAX-18, PAX-XL60, PAX-10, PAX-XL3, PAX-XL9 och PAX-XL13. Det som skiljer produkterna åt är molkvot och typ av ligand. Försöken med PDA2000 visade att PAX-XL13 sammantaget hade bäst flockningsegenskaper. Flockarna som bildades var stora, de var skjuvtåliga, flockningen startade snabbt efter tillsatsen, och ph-intervallet var fullt tillräckligt för flockning i avloppsvattnet. PAX-XL60 visade svagast flockningsegenskaper, vilket var förvånande. Till skivfiltret valdes PAX-XL13, PAX-XL1 och även PAX-XL60. Anledningen till att PAX-XL60 togs med till pilotförsöken trots de dåliga resultaten, var att produkten har visat goda flockningsegenskaper i andra sammanhang och att den var lätt att få stora mängder av, eftersom den tillverkas vid Kemira Kemi AB. Uppställningen vid pilotförsöken var följande: Det försedimenterade vattnet fick passera två inblandningstankar innan de nådde skivfiltret. Volymen på tankarna var ungefär en kubikmeter vardera, och den totala uppehållstiden blev cirka fem minuter vid ett vattenflöde på 20 m 3 /h. Metallsaltet doserades lämpligast i ledningen till den första flockningstanken. Poröppningen på dukarna var antingen 20µm eller 40µm. Till början av försöken användes PAX-XL60 för att olika inställningar av utrustningen skulle testas. PAX-XL60 visade sig inte ge tillräckligt starka flockar för att avskiljningen skulle bli lyckad. Flockarna som bildades i tankarna slogs sönder mot filterdukarna och en tydlig flockåterbildning kunde skönjas i det utgående vattnet. För att skapa starkare flockar testades olika kombinationer av polymerer. Katjonspolymererna Cytec 577 och Zetag 7878 testades tillsammans med PAX-XL60, precis som anjonspolymeren Fennopol A392. En kombination mellan PAX-XL60, Zetag 7878 och Fennopol A392 testades även. Fullskaleförsök utfördes även med PAX-XL13 och PAX-XL1. 5

Det blev inte någon lyckad avskiljning vid någon av kemikaliekombinationerna. Avskiljningen blev aldrig så bra att en tydlig skillnad mellan det ingående och utgående vattnet kunde ses och därför analyserades inte heller några prover. Några slutsatser kunde ändå dras från pilotförsöken. PAX-XL60 fungerade bättre än både PAX-XL1 och PAX-XL13 trots motsatta resultat vid labbförsöken. Den bästa flockbildningen var vid kombinationen PAX-XL60 och Fennopol A392. Vid denna kombination bildades tydliga flockar och det blev en tydlig klarfas i vattnet. Dessvärre klarade flockarna inte skjuvkrafterna mot filterdukarna. Eftersom försöken vid skivfiltret endast var början i en större studie är det för tidigt att säga att processen inte fungerar. En rad olika inställningar kan förbättras inför kommande försök. Vid försöken i detta arbete fanns det ingen omrörare i tankarna, eftersom turbulensen skulle skapa tillräcklig omrörning. Skivfiltret visade sig inte klara höga vattenflöden och med lägre flöden blev omrörningen dålig i tankarna. Det är dessutom möjligt att uppehållstiden för flockningen behöver vara annorlunda än i försöken. Med en extra omrörare skulle flockningen kunna fungera även vid lågt flöde. Doseringen var svår att fininställa och vid låga vattenflöden blev doseringen väldigt hög. Även detta borde lösas inför fortsatta försök. Laboratorieförsöken gav bäst resultat för PAX-XL13 och sämst för PAX-XL60. Vattnet som försöken utfördes på var möjligtvis för olikt det försedimenterade vattnet vid Sjölunda reningsverk. I det här arbetet var det dock nödvändigt att använda det syntetiska avloppsvattnet för inkörning och test av instrumentet. Enligt resultatet i det här arbetet är det inte lämpligt att använda PDA2000 för val av kemikalier till skivfiltret. De skjuvkrafter som skapades i skivfiltret är antagligen mycket större än de som mäts med PDA-instrumentet. Däremot kan det användas som komplement för att hitta en kemikalie med till exempel snabb flocktillväxt. PDA2000 kan dock tänkas vara användbart i andra sammanhang, eftersom en tydlig skillnad mellan olika produkter lätt kunde studeras och åskådliggöras. Ytterligare försök behöver utföras vid skivfiltret för att dess möjligheter till bräddvattenhantering ska kunna bedömas. 6

Innehållsförteckning FÖRORD...3 SAMMANFATTNING...4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING...7 1 INLEDNING OCH BAKGRUND...9 AVLOPPSVATTENS KOMPOSITION OCH EGENSKAPER...9 AVSKILJNING AV NÄRINGSÄMNEN...9 BRÄDDNING...9 LABORATIONSFÖRSÖK MED PDA2000...10 SYFTE...11 2 RAPPORTUPPLÄGG...12 3 EXEMPEL PÅ BEFINTLIGA METODER FÖR BRÄDDVATTENHANTERING...13 RYAVERKETS PROBLEM MED BRÄDDVATTEN...13 4 BESKRIVNING AV HYDROTECHS SKIVFILTER...16 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN...16 TEKNIK...16 5 AVSKILJNING AV NÄRINGSÄMNEN I SKIVFILTRET...17 PARTIKELSTORLEK...17 FLOCKNING...18 UPPSTÄLLNING AV FÖRSÖKSANLÄGGNING...19 6 ANALYSMETOD AV FLOCKNINGSPROCESSEN...20 PDA2000...20 TILLREDNING AV SYNTETISKT AVLOPPSVATTEN...25 VALDA KEMIKALIER FÖR ANALYS...26 7 INSTÄLLNINGAR AV OLIKA PARAMETRAR...27 VIKTIGA PARAMETRAR ATT STUDERA INFÖR SKIVFILTRET...27 INSTÄLLNINGAR AV PDA2000 INFÖR KOMMANDE LABBFÖRSÖK...27 INSTÄLLNINGAR AV ÖVRIG UTRUSTNING...28 FÖRSÖK MED OLIKA INSTÄLLNINGAR...29 VALDA INSTÄLLNINGAR...30 8 RESULTAT FRÅN PDA-MÄTNINGARNA...33 GRAFER FRÅN MÄTSERIER...33 JÄMFÖRANDE MELLAN KEMIKALIERNA...36 SAMMANFATTNING AV FÖRSÖKEN OCH VAL AV KEMIKALIE...40 9 KOMPLETTERANDE FÖRSÖK MED PAX-XL60, PAX-XL1 OCH PAX-XL13...43 RESULTAT FRÅN PDA-MÄTNINGARNA...43 FÖRSTÄRKNING AV FLOCKAR MED HJÄLP AV AKTIVERAT VATTENGLAS...43 10 FÖRSÖK MED KOMBINERAD FÄLLNING OCH FILTRERING MED SKIVFILTER PÅ SJÖLUNDA RENINGSVERK...46 INSTÄLLNINGAR AV UTRUSTNING...46 FLÖDE...46 FILTERDUKAR...47 DOSERPUNKT...47 OMRÖRARE VID DOSERPUNKTEN...47 INSTÄLLNING AV KEMIKALIEDOSERING OCH VATTENFLÖDE...48 POLYMERTILLSATS...48 7

FÖRHÅLLANDE VID FÖRSÖKEN...48 ANALYS AV PROVEN...48 FÖRSÖK MED PAX-XL60-DOSERING...48 FÖRSÖK MED KOMBINERAD PAX-XL60 OCH KATJONSTILLSATS...50 FÖRSÖK MED PAX-XL60 OCH ANJONSPOLYMER...50 FÖRSÖK MED PAX-XL60, KATJONSPOLYMER OCH ANJONSPOLYMER...51 FÖRSÖK MED PAX-XL1 OCH PAX-XL13...51 FÖRSÖK MED ANDRA KEMIKALIER...52 11 ERFARENHETER FRÅN FÖRSÖKEN VID SKIVFILTRET...53 12 FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR VID FORTSATTA LABORATORIEFÖRSÖK...54 13 DISKUSSION...55 NYTTAN AV LABORATORIEFÖRSÖKEN FÖR VAL AV KEMIKALIE...55 SAMMANFATTNING AV LABBFÖRSÖKENS BETYDELSE FÖR FÖRSÖKEN VID SKIVFILTRET...56 AKTIVERAT VATTENGLAS...57 ANVÄNDNING AV PDA-INSTRUMENTET I ANDRA SAMMANHANG...57 SKIVFILTRETS FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BRÄDDVATTENHANTERING...57 14 SLUTSATSER...59 LITTERATUR...60 INTERNETKÄLLOR...60 8

1 Inledning och bakgrund När utsläppskraven skärps för hur mycket näringsämnen kommunala reningsverk får släppa ut, kommer många verk att få problem med att klara gränsvärdena. Många verk tvingas vid intensiva regn låta stora mängder vatten passera reningsverket efter endast begränsad rening. Det finns ett stort intresse hos många reningsverk att hitta en metod att rena detta så kallade bräddvatten för att minska utsläppen. Detta examensarbete, som är resultatet av ett samarbete mellan Avdelningen för Vatten- och Avloppsteknik vid Lunds Tekniska Högskola, Kemira Kemi AB och Hydrotech AB, kan ses som ett första steg i ett projekt att med hjälp av deltagande företags produkter finna en effektiv lösning på problemet. Avloppsvattens komposition och egenskaper Avloppsvatten innehåller närsalter, sjukdomsframkallande mikroorganismer och organiskt material, som man vill avskilja innan det leds ut till recipienten. Vattnet består av spillvatten från hushåll och industri, av grundvatten, som läcker in i ledningarna, samt av regn- och smältvatten. Vattnets komposition och koncentration varierar med andra ord med plats, årstid och tid på dygnet. (Gillberg, et.al. 2003) Nedbrytande mikroorganismer, framför allt bakterier, använder syre vid nedbrytning av organiska ämnen. När mycket organiska ämnen passerar reningsverket, drabbas recipenten således av syrebrist. Om närsalterna, fosfor och kväve, inte avskiljs i reningsprocessen drabbas recipienten av eutrofiering och till exempel algtillväxt gynnas. På grund av de oönskade egenskaperna med avloppsvatten vill man ha en så effektiv rening i reningsverket som möjligt. (ibid.) Avskiljning av näringsämnen I reningsverket genomgår vattnet olika reningssteg, där näringsämnena avskiljs. Ett konventionellt reningsverk drivs ofta på följande vis: Stora partiklar och skräp avskiljs först med hjälp av galler och tyngre partiklar avskiljs i sandfång. Efter den mekaniska reningen följer försedimentering, där de sedimenterbara partiklarna avskiljs innan vattnet går vidare till biologisk nedbrytning. Vid den biologiska reningen reduceras kvävet och de organiska ämnena bryts ner. Även fosfor kan avskiljas biologiskt, men avskiljningen sker oftast genom kemikaliefällning vid något av de övriga stegen. Reningen av avloppsvatten avslutas med att det bildade slammet får sedimentera och avskiljas från vattnet, som leds till recipienten. (ibid.) Bräddning Vid intensiva regn skapas stora flöden och när de överstiger den hydrauliska kapaciteten vid verket, bräddas den överskjutande flödesmängden och går orenad ut i recipienten. Mängden bräddvatten vid ett enskilt verk beror på nederbördsmängden, hur stor andel av regnvattnet som leds till reningsverket samt på verkets kapacitet och förmåga att lagra överskjutande vattenmängder. Om bräddning är vanligt förekommande, innebär det stora utsläpp av näringsämnen till recipienten. 9

Utsläppskraven kommer att öka på reningsverken, och när stora delar av till exempel fosforutsläppet kommer från bräddning, är det naturligt att titta på reningsmetoder för detta vatten. (Mattson och Gingsjö, 2003) En enkel lösning är att lagra överskjutande flödesmängder i utjämningsbassänger, för att rena vattnet vid lägre inkommande flöden, men de är dyra att konstruera och det råder ofta platsbrist på verken. Eftersom vattenflödet till reningsverket plötsligt kan överstiga den hydrauliska kapaciteten, krävs en metod med snabb respons. Det finns därav ett intresse att hitta en platssnål och effektiv metod och som enkelt kan ställas av och på, för att man i framtiden ska kunna rena det vatten, som annars passerar reningsverket efter begränsad rening. Metod att ta hand om bräddvatten I arbetet har en metod, som bygger på en kombination av förfällning och filtrering testats. Fällnings- och flockningsförsök utfördes på Kemira, Helsingborg för att välja den kemikalie, som bäst kan kombineras med det skivfilter som HYDROTECH AB tillverkar. Kombinerade försök utfördes sedan vid Sjölunda reningsverk i Malmö. Det är viktigt att hitta den kemikalie, som har rätt egenskaper, för att kombinationen förfällning och skivfiltrering ska fungera. Inblandningen av kemikalie kommer att ske i tankar och eftersom bräddvattenhanteringen måste ha snabb respons är det av stor vikt att flockarna bildas snabbt. Flockarna måste vara så stora att de inte passerar öppningarna i filterduken och så starka att de inte faller sönder av de påfrestningar som uppstår. Eftersom ph-värdet på avloppsvatten varierar är det dessutom viktigt att den valda kemikalien fungerar inom det ph-intervall, som vattnet kan antas ha. Bräddvatten innehåller många små partiklar, vilka hade kunnat avlägsnas från vattnet utan förfällning vid en tillräckligt fin porstorlek på filterdukarna. Anledningen till att vattnet förbehandlas med fällningskemikalier är att de aggregerade partiklarna kan avlägsnas med större porer, vilket medför att skivfiltret klarar en ökad hydraulisk belastning. Laborationsförsök med PDA2000 När de kemikalier som ska kombineras med filtret ska väljas, är det viktigt att hitta rätt flockningsegenskaper. Parametrarna tillväxthastighet, flockstorlek och flockstyrka antogs vara viktiga, men de analyseras sällan i laboratorium. För att utvärdera de önskade egenskaperna i detta arbete användes PDA2000 (Photometric Dispersion Analyzer), som är tillverkat av Rank Brother Ltd. Med hjälp av en kontinuerlig mätning av turbiditeten på provet under flockningens gång, kan olika tolkningar göras. PDA-instrumentet har inte använts tidigare i samma ändamål som i detta arbete och vid Kemira Kemi AB var det första gången det används över huvudtaget. Vid laborationsförsöken testades olika inställningar av PDA2000 och en stor del av arbetet var att utvärdera PDA-instrumentets funktion vid flocknings- och fällningsstudier. Resultatet från PDA-instrumentet användes vid val av kemikalier till skivfiltret om möjligt. 10

Syfte Syftet med arbetet är att studera och utvärdera PDA-instrumentets funktion vid flockningsstudier, samt att med hjälp av resultaten från laborationerna välja lämpliga kemikalier till förfällning innan skivfiltrering. Syftet är även att studera reningsgraden av bräddvatten vid förfällning och skivfiltrering. 11

2 Rapportupplägg Arbetet kan delas in i två olika delar. I den ena delen utvärderas PDA-instrumentet samtidigt som en rad olika flockningsegenskaper hos olika kemikalier testas. I den andra delen används några av de kemikalier, som testats i labb, för att studera avskiljningsgraden vid förfällning och skivfiltrering. Pilotförsöken med skivfiltret är början på en större studie och tyngdpunkten i detta arbete ligger på laboratorieförsöken. Arbetets upplägg visas nedan. Exempel på befintliga metoder för bräddvattenhantering Beskrivning av den bräddvattenhantering som studeras i detta arbete. Hydrotechs skivfilter beskrivs tillsammans med en kort genomgång av teorin bakom fällning och flockning. Laboratorieförsök I detta avsnitt presenteras analysapparaten, PDA2000. Mätmetoden förklaras, labbförsöken beskrivs och resultatet från en körning redovisas. Syftet med detta kapitel är att hitta rätt inställningar inför fortsatta försök samt att testa PDAinstrumentets egenskaper vid flockningsstudier. Resultat från laboratorieförsöken Resultaten från labbförsöken presenteras och några kompletterande försök beskrivs tillsammans med resultaten från dem. De olika kemikalierna utvärderas och några väljs inför kommande försök vid skivfiltret. Försök vid skivfiltret Efter en genomgång av möjliga inställningar vid skivfiltret följer en beskrivning av försöken samt resultaten från dem. Förslag till förbättringar vid fortsatta försök Diskussion och slutsats 12

3 Exempel på befintliga metoder för bräddvattenhantering Enligt VA-FORSK:s rapport från 2000, där 103 reningsverk fick svara på ett antal frågor, uppgår flödet av bräddvatten till 0,27 % av det totala inkommande flödet vid reningsverken. (Ytterligare vatten bräddas från ledningsnäten innan vattnet når reningsverken.) Problemet med bräddvatten finns vid enskilda reningsverk, där bräddvattenmängden kan uppgå till 10 % av det totala flödet. (Hernebring, et.al., 2000) I följande avsnitt beskrivs Ryaverkets problem med bräddvatten och olika alternativ för att lösa problemet. Ryaverket är ett bra exempel på ett verk med stora bräddvattenproblem, som lider av platsbrist och som därför måste hitta nya vägar att lösa problemet på. Då inget annat anges används Gryaabs rapport från 2003, Bräddvattenbehandling alternativ (Mattson och Gingsjö, 2003) som textkälla i följande kapitel. Ryaverkets problem med bräddvatten Vid Ryaverket i Göteborg har man problem med att fosforhalten i det utgående vattnet ofta är för hög. Tidigare undersökningar har visat att stora delar av fosforutsläppet kommer under nederbördsrika år från bräddning av försedimenterat vatten. I Miljööverdomstolens dom från 2003-02-18 anges det att Gryaabs samlade utsläpp från och med 2005 högst får innehålla 0,4 mg P/l som riktvärde och kvartalsmedelvärde, samt som gränsvärde och årsmedelvärde. Från och med 2007 höjs kravet och fosformängden kommer då inte få överstiga 0,3 mg/l vatten. År 2000 och 2002 var årsmedelvärdet 0,49 mg P/l vatten. För att komma till rätta med de höga fosforutsläppen testades och utvärderades olika fällningsmetoder för behandling av bräddvattnet. Gemensamt för de olika metoderna är att de kan ställas på när flödesmängden övergår verkets kapacitet och av vid lägre flöden, vilket minimerar driftskostnaderna Bräddvattendata för Ryaverket, 2002 År 2002 var antalet bräddningstillfällen (dagar) på Ryaverket 56 stycken, och medelflödet på bräddvattnet var 0,31 m 3 /s, medan inkommande medelflöde till verket låg på 3,79 m 3 /s. Allt vatten som bräddades år 2002 var försedimenterat. Fosforinnehållet hos bräddvattnet var i medelvärde 2,28 mg/l. (www.gryaab.se, 2004-04-16) Krav på fällningsmetoden Efter beräkningar kommer man i rapporten fram till att anläggningen för bräddvattenhantering bör reducera fosforhalten till 0,4 mg P/l vatten och att flödeskapaciteten bör vara 3 m 3 /s för att metoden ska vara effektiv. Det är möjligt att vattenmängden till verket kommer öka i framtiden. På Göteborgs VA-verk beräknar man att antalet vattenabonnenter ökar med ca 2 % per år, men vattenförbrukningen väntas inte stiga lika mycket, eftersom vattensparande åtgärder har vidtagits. Man räknar dessutom med att växthuseffekten kan komma att ge ökande 13

regnmängder, vilket leder till högre flöden. Man beräknar därför med att det måste finnas möjlighet att bygga ut anläggningen till 4-6 m 3 /s. Användning av Actiflo på Gässlösa Reningsverk En av de metoder som utvärderades vid Ryaverket är Actiflo-processen, vilken är en befintlig metod för bräddvattenhantering, som kombinerar en mekanisk och kemisk fällningsprocess. På Gässlösa Reningsverk i Borås kommun hade man tidigare svårt att klara fosforkraven på det utgående vattnet. Efter försök med Actiflo valdes den metoden, eftersom Actiflo visade sig klara utsläppskraven med marginal även vid höga vattenflöden. På Gässlösa Reningsverk används processen till efterpolering av renat avloppsvatten och till att rena en del av vattnet vid stora inkommande vattenflöden. (www.kruger.se 2004-05-10) Teknik bakom Actiflo Vid Actiflo-processen blandas först en metallsalt med vattnet i en koagulationsbassäng. Vattnet går sedan över till en injektionsbassäng, där en polymer och mikrosand tillsätts till vattnet, för att göra flockarna kompakta och tunga. Efter att flockarna växt till i en mognadsbassäng får flockarna sedimentera med hjälp av lameller. Sanden separeras från slammet och återvinns medan slammet går ut via ett utlopp. (www.johnmeunier.com 2004-05-10) Figur 3.1 är en principskiss över hur Actiflo fungerar. Figur 3.1 Principskiss över Actiflo. Källa: www.boras.se, 2004-09-08 Fördelar med Actiflo Fördelen med Actiflo är bland annat att den är platsbesparande. På Gässlösa reningsverk polerar den samma mängd vatten som det befintliga kemsteget med endast 1/8 av kemstegets areal och den hydrauliska belastningen kan vara över 2700 14

m 3 /h med godkänt reningsresultat. Den totala volymen på Actiflo-anläggningen vid reningsverket är 274 m 3. (www.kruger.se, 2004-05-10) Den är även lätt att starta upp på några minuter, vilket är en stor fördel vid behandling av bräddvatten. Den totala uppehållstiden för vattnet ligger på 5-15 minuter och Actiflo klarar av stora skillnader i flöde, vilket är en förutsättning vid bräddvattenhantering. (www.kruger.se, 2004-05-10) Utvärdering av Actiflo vid Ryaverket Vid pilotförsöken på Ryaverket uppskattades att fosforinnehållet i utgående vatten skulle vara 0,28 mg P/l vid en bräddvattenbehandling på 6 m 3 /s med Actiflo. Kemslammet, som separeras från microsanden och lämnar Actiflo-anläggningen, är tunt och för att ta hand om detta kemslam separat hade det krävts stora förtjockarvolymer och investeringar i förtjockningsmaskiner. En alternativ metod hade varit att leda slammet till försedimenteringsbassängerna där det kunde tas om hand tillsammans med övrigt slam. Enligt rapporten som gjordes vid Ryaverket finns det risk att Actiflo-anläggningen kan berikas med sand med för grov fraktion om sandavskiljningen fungerar dåligt i föregående steg. Om inkommande sand däremot är av rätt fraktion (0,18 mm) kan sandförbrukningen minskas. Om förlusten av sand från Actiflo-processen är stor finns det risk att det blir erosionsslitage på övriga anläggningsdelar. Andra alternativ vid Ryaverket Vid Ryaverket finns det möjlighet att använda upp till sex försedimenteringsbassänger som kan delas upp och användas för bräddvattenbehandling. Förutom bräddvattenbehandling med Actiflo, studerades även effekten av direktfällning i upp till sex försedimenteringsbassänger. Vid direktfällning blir ytbelastningen 3,75 m/h vid ett flöde av 2 m 3 /s. För att få en god inblandning av kemikalier tillsattes metallkoagulanten innan pumpen och polymeren precis innan inloppet till bassängen. Direktfällningen kan med fördel kombineras med en ny fingalleranläggning och sandfång. Kemikalieinblandningen och flockningen, som är det kritiska i processen, visade sig fungera bra vid pilotförsöken. Reningsresultatet vid direktfällning blir 0,35-0,45 mg P/l. Kapaciteten på direktfällningen kan ökas genom till exempel installation av lameller i sedimentationsbassängerna. Resultat av studien Fördelen med direktfällning är att den har lägst årskostnad, eftersom investeringen är låg och driftstiden endast är en bråkdel av årets timmar. Dessutom är kravet på underhåll lägre för direktfällning än för Actiflo och metoden med direktfällning föreslås därför för bräddvattenbehandling. 15

4 Beskrivning av Hydrotechs skivfilter Användningsområden Skivfiltret som används för rening av bräddvatten är tillverkat av Hydrotech AB, Vellinge. Hydrotech Skivfilter används idag till bland annat partikelavskiljning av intagsvatten från ytvattentäkter, efterpolering av avloppsvatten, partikelavskiljning i recirkulerade fiskodlingar och filtrering av avloppsvatten från livsmedelsindustri. I Nakskov i Danmark används även skivfilter för att ta hand om det vatten som bräddas från avloppsledningar innan vattnet når reningsverket. (www.hydrotech.se, 2004-04- 27) I detta arbete ska filtret testas på försedimenterat vatten vid Sjölunda reningsverk. Hydrotechs skivfilter har inte använts på samma sätt tidigare och försöken syftar till att undersöka ett möjligt användningsområde för framtiden. Teknik Skivfiltret är uppbyggt av diskar, vardera bestående av tolv segment med filterdukar, monterade på båda sidor. Vid normal drift är 60 % av filtret nedsänkt i vattnet, som strömmar med hjälp av självfall via centrumtrumman till filtersegmenten. Filteröppningen på dukarna kan väljas till 10-100 µm. (www.hydrotech.se, 2004-04- 27) Med högre porstorlek ökar flödeskapaciteten. Nackdelen är dock att fler partiklar passerar filterdukarna, vilket leder till sämre avskiljning. När vattnet filtreras genom filterdukarna sätts de igen av partiklar, som fastnar på duken. Då tryckfallet över duken överstiger 300 mm startar bakspolning av det roterande filtret och det avlägsnade slammet går ut via ett utlopp. (www.hydrotech.se, 2004-04-27) Bakspolningen av filtret sker med högt tryck och som spolvatten används en del av det filtrerade vattnet. Figur 4.1 visar funktionen av ett skivfilter 5 3 4 2 1 1. Inlopp till centrumtrumman 2. Filtrering av avloppsvattnet 3. Bakspolning av filterdukarna 4. Utlopp av filtratet 5. Utlopp av det filtrerade vattnet Figur 4.1 Skivfilter tillverkat av Hydrotech 16

5 Avskiljning av näringsämnen i skivfiltret Det är framför allt fosfor som man vill reducera från bräddvatten, eftersom fosfor har en eutrofierande effekt på recipienten. Mycket av fosforn är partikelbundet i bräddvattnet och med en reduktion av suspenderat material följer en minskning av fosfor. Vid en avskiljning av partiklar, får man med andra ord en minskning av näringssalter. Partikelstorlek Det vatten, som vanligtvis bräddas vid ett reningsverk och som når skivfiltret vid försöken, är försedimenterat. För att partiklar ska kunna sedimentera inom rimlig tid krävs det att de har en storlek på minst 100 µm. Sedimenterbarheten beror även på densiteten och formen på partiklarna. (Gillberg, et.al, 2003). När vattnet når skivfiltret kommer många av partiklarna att vara mindre än 100 µm, beroende på hur väl sedimenteringen i bassängerna har fungerat. Vid försöken på Sjölunda reningsverk testades filterdukar med poröppningen 20 µm eller 40 µm. Vid försök utan förfällning är det partiklar, med storleken 20/40-100 µm, som i första hand separeras från vattnet. Filtret avlägsnar emellertid även en del mindre partiklar, eftersom poröppningarna blir mindre när filtret sätts igen av de ej avspolade partiklarna. Porstorleken på dukarna valdes till 20 och 40 µm för att det bedömdes vara lämpligt vid försökens start. Partikelstorleksfördelning vid Sjölunda reningsverk Försedimentering 100 90 Teoretisk partikelvolym (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Partikelstorlek (µm) Figur 5.1 Teoretisk partikelvolym i försedimenterat vatten. Med hjälp av en partikelstorleksfördelningsstudie kan en uppskattning göras över avskiljningen i filtret vid olika porstorlek på dukarna. Figur 5.1 illustrerar partikelvolymen i försedimenterat vatten. Partiklarna har antagits vara sfäriska och alla partiklar inom ett och samma storleksintervall har antagits vara lika stora. 17

Provet späddes kraftigt med filtrerat avloppsvatten innan analys, vilket minskade tillförlitligheten på resultatet. Slutsatsen från studien är att en stor del av partiklarna är mindre än 20 µm, vilket är den mindre porstorleken på filterdukarna. Vid 40 mikronsdukar blir avskiljningen mycket låg, ungefär 5 %, vid 20 mikronsdukar blir den teoretiska avskiljningen ungefär 40 %. Det finns två olika alternativ för att åstadkomma en bättre avskiljning i filtret än 5 respektive 40 %. Det ena alternativet är att använda sig av dukar med porstorleken 10 µm och det andra alternativet är att aggregera de små partiklarna till större så kallade flockar. Nackdelen med att minska porstorleken på dukarna är att den hydrauliska kapaciteten minskar, eftersom motståndet i filtret ökar. Om flockningen fungerar väl och porstorleken på filterdukarna kan vara större blir reningsmetoden mer effektiv i och med den högre kapaciteten på vattenflödet. Den andra fördelen med flockning är den fosfor, som är löst i vattnet fälls ut och därmed kan avlägsnas. Flockning Med hjälp av metallsaltstillsats kan större aggregat bildas av de små partiklarna, vilket möjliggör en förbättrad separation i skivfiltret. Destabilisering Partiklarna i avloppsvatten är i regel negativt laddade på ytan och de repellerar därmed varandra. Då aluminiumsalt tillsätts avloppsvattnet kommer de positivt laddade metallhydroxidjonerna reagera med partiklarna och laddningsneutralisera dem, så kallat destabilisera dem. När partiklarna är destabiliserade kan de vid kollision bilda större aggregat, som är möjliga att avskilja i filtret. (Gillberg, et.al, 2003) Aluminiumhydroxidbildning Aluminiumjonerna kommer emellertid även att reagera med vattnet i lösningen, eftersom sannolikheten att aluminium ska träffa på en vattenmolekyl först är mycket stor. När vatten och aluminium reagerar bildas aluminiumhydroxider, AlOH 2+, Al(OH) 2 + och Al(OH) 3. Aluminiumhydroxidernas laddning är beroende av ph och med hjälp av vätebindningar binds molekylerna till varandra och kluster bildas, som, när de har fått växa till, bildar synliga flockar. Med hjälp av aluminiumhydroxid kan de negativt laddade partiklarna i avloppsvattnet avlägsnas, om än inte lika bra som med aluminiumjoner. När koagulanten tillsätts är det viktigt att den doseras vid hög turbulens, så att aluminiumjonerna i största möjliga mån reagerar med föroreningarna istället för med vatten. (Gillberg, et.al, 2003) Nedbrytning av flockar Bildade flockar klarar endast vissa påfrestningar innan de bryts sönder. Om skjuvkrafterna på flockarna blir för stora kan de brytas ner till mindre flockar, med en jämn storleksfördelning. Följden kan också bli att mindre partiklar eroderar från ytan på flocken. Hur stor påverkan krafterna har på flockarna beror till stor del på antalet bindningar per partikel. Polymerer med långa kedjor som håller ihop partiklarna ger 18

starka flockar, medan inorganiska metallsalter ofta ger svagare flockar. (Yukselen, 2002) Uppställning av försöksanläggning Figur 5.2 visar en skiss över hur kemikalierna doserades och hur vattnet transporterades till skivfiltret. Tankarnas volym är ungefär 1m 3 vardera. Eftersom det fanns tre möjliga doserpunkter är det möjligt att dosera både metallsalt och polymer. Figur 5.2 Principskiss över försöksanläggningen. Val av kemikalier till skivfiltret För att den bästa kemikalien eller kombinationen av kemikalier skulle kunna bestämmas innan försöken vid skivfiltret startade, gjordes analyser i labb. Det uppstår starka skjuvkrafter i skivfiltret som flockarna måste klara för att de inte ska slås sönder mot filterdukarna. Dessutom måste de vara större än poröppningarna och ha en kort uppbyggnadstid, eftersom uppehållstiden i inblandningstankarna innan filtret endast är ett par minuter. På vägen mellan tankarna och skivfiltret kan flockarna dessutom slås sönder. PDA2000 användes i labb för att undersöka om det är möjligt att med instrumentet analysera de viktiga parametrarna. Jämförelser kan med hjälp av PDA2000 göras mellan olika prov med hänseende på följande: tid för flockarna att börja växa till tillväxthastigheten flockstorleken flockstyrkan flockarnas förmåga till återbildning efter sönderslagning.. I följande kapitel beskrivs tekniken och användandet av PDA2000. 19

6 Analysmetod av flockningsprocessen För att uppskatta hur väl flockningsprocesser fungerar används ofta den så kallade bägarmetoden. Vid de försöken tillsätter man koagulant till ett enlitersprov under kraftig omrörning i en bägare. Flockarna får sedan bildas och sedimentera under givna förhållanden. Med hjälp av denna metod kan man fastställa optimal dosering av koagulant, temperatur, omrörning och ph-värde, för att reningsgraden ska bli så hög som möjligt. Nackdelen med denna metod är att flockningsprocessen inte kan följas kontinuerligt utan den får utvärderas i efterhand genom att mäta till exempel turbiditeten i provet, efter att flockarna har sedimenterat. För att hitta den kemikalie, som bäst kan kombineras med ett skivfilter, är det viktigt att även titta på parametrar som flockuppbyggnad och hållfasthet hos flockarna. Gregory och Nelson utvecklade en metod 1986, där både uppbyggnadsprocessen och hållfastheten av flockar kan mätas (Gregory, 2003). Denna metod har inte använts i samma ändamål tidigare och inför detta arbete var det därför osäkert hur resultaten kan användas. Metoden har heller inte använts förr vid Kemira Kemi AB och en stor del av arbetets syfte var att testa olika inställningar av instrumentet och utvärdera trovärdigheten av resultaten. PDA2000 Vid analys med hjälp av Gregory och Nelsons teknik får en del av provet flöda genom en 3 mm tjock gummislang förbi en mätcell, samtidigt som koagulering sker i en bägare. Flockarnas tillstånd kan således mätas kontinuerligt, och denna mätmetod ansågs därför vara lämplig för att välja den kemikalie, som bäst kan kombineras med skivfiltret. Den kommersiella versionen av tekniken heter PDA2000 (Photometric Dispersion Analyzer) och den säljs av Rank Brother Ltd, UK. En beskrivning av tekniken följer nedan och en schematisk bild av uppställningen visas i Figur 6.1. Figur 6.2 visar hur provet flödar förbi mätcellen. Figur 6.1 Schematisk bild av hur vattnet pumpas runt vid mätning med hjälp av PDA2000. (Källa: www.rankbrothers.com 2004-09-03) 20

Figur 6.2 Bild av hur provet passerar mätcellen. (Källa: www.rankbrothers.com 2004-09-03) Mätteknik Det ljus, som transmitteras genom det flödande provet, mäts med hjälp av en detektor och signalen, som ges i volt, delas upp i två komponenter. Medelintensiteten av det transmitterade ljuset får benämningen dc-signal och den ger ett relativt mått på turbiditeten i vattenprovet. Då det finns partiklar i provet, som passerar ljuskällan, kommer signalen att variera. Denna fluktuation kring medelvärdet anges som acsignal och den beror av storleken och koncentrationen av partiklar i provet. Acsignalen, som är i storleksordningen millivolt, förstärks med önskad faktor och rms, root mean square beräknas. Flocculation Index, FI, erhålls genom att rms divideras med dc-signalen och ett relativt mått på flockarnas storlek i provet fås. Då det inte finns några partiklar i provet eller något flöde förbi ljuskällan, kommer det inte att ske någon variation av den signal, som detektorn mäter, vilket medför att rms blir lika med noll och därav även FI. (Gregory, 2003) Figur 6.3 visar signalens utseende. Figur 6.3 Signal från PDA-mätning (Källa: www.rankbrothers.com 2004-09-03) 21

Figur 6.4 visar hur den signal, som erhålls vid mätning med PDA2000, används för att följa flocknings- och dispersionsprocesser. Signalen omvandlas till FI på följande vis: dc-signal FI=rms/dc signal ac-signal förstärkning rms Figur 6.4 Omvandling av mätsignalen från PDA2000. Resultat som erhålls från mätningar Rms-signalen är beroende av medelantalet suspenderade partiklar och deras storlek i lösningen. Om partiklarna i provet är relativt likformiga är det möjligt att uppskatta storleken på dem, men den huvudsakliga användningen av PDA2000 är att mäta flocknings- och dispersionsprocesser. (www.rankbrother.com 2004-09-27) Kvoten mellan rms och dc ger en känslig mätning av flockarna i provet, eftersom det finns en stark empirisk korrelation mellan FI och flockstorleken; då flockar växer till ökar FI och vice versa. (Yukselen et al, 2002) Utförande av labbförsök Försöken i detta arbete är inspirerade av artikeln Breakage and re-formation of alum flocs, publicerad 2002 och skriven av Yukselen et al. När en koagulant ska analyseras tas en mätserie med PDA2000 upp och en kurva erhålls. Kurvan tas upp samtidigt som flockningen startar i bägaren och genom att ändra på propellerhastigheten under mätningens gång kan några egenskaper hos flockarna uttolkas. Följande förfarande användes vid mätning av PDA2000: 1. En liter syntetiskt avloppsvatten mättes upp i bägare och saltsyra eller natriumhydroxid tillsattes för att önskat ph skulle erhållas vid flockningen. 2. Flockulatorn (Flocculator 2000, Kemira Kemwater) och pumpen (slangpump, Watson Marlow 313S) kopplades till bägaren med vattnet. Pumpen pumpade runt vattnet genom mätcellen och tillbaka till bägaren med vald hastighet. 3. Mätserien startades. 4. Kemikalien tillsattes när propellern under tio sekunder snurrade med en hastighet på 300 varv/min. 5. Omrörningen på propellern sänktes till 50 varv/min för att flockarna ska kunna växa till. Den långsamma omrörningen skedde under tre till tio minuter (beroende på vilket försök som utfördes). 6. Propellerhastigheten ökades till 300 varv/min under tio sekunder, för att undersöka hur flockarna påverkades av ökade skjuvkrafter. 22

7. Omrörningen sänktes än en gång till 50 varv/min för att se om flockarna återbildades efter att de slagits sönder. Efter att flockarna hade fått återbildas under ett antal minuter med denna propellerhastighet avslutades mätserien. 8. Mätserien upprepas i regel en till två gånger för varje ph-värde för att få god säkerhet på resultatet. Figur 6.5 visar resultatet från en mätning tillsammans med hur resultatet tolkas i detta arbete. 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 FI 1,2 1 0,8 T2 0,6 0,4 0,2 T1 FI1 FI2 FI3 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 6.5 Kurva från PDA-mätning. Tolkning av resultatet T1- tid för flockarna att börja växa till (FI > 0,1) Koagulanten tillsätts under kraftig omrörning till provet vid tiden noll, men en synlig flockning kommer igång något senare när hastigheten har sänkts. T1 bestämmer tiden det tar för flockningen att komma igång genom att tiden innan FI överstiger 0,1 mäts. Vid ett lågt T1 bildas flockarna snabbt, vilket är en fördel vid skivfiltret, eftersom flockningstiden i inblandningstankarna är kort. T2- relativt mått på tillväxthastigheten (FI > 0,8) Flockarna får växa till under långsam omrörning och T2 mäts efter att flockningsindex övergår ett visst värde. T2 ett indirekt mått på tillväxthastigheten för flockarna. Ju kortare tid det tar för kurvan att nå ett visst flockningsindex, desto snabbare tillväxt. FI1- relativt mått på flockstorleken Det är viktigt att flockarna är stora för att inte passera filterdukarna. FI1 anger den maximala storleken på flockarna innan sönderslagningen, ju högre värde, desto större flockar. När FI1 bestäms tas inte det högsta enskilda värdet från mätningen, utan ett uppskattat medelvärde precis innan sönderslagningen. 23

FI2- relativt mått på flockstyrka Efter att flockarna har fått växa till under en viss tid ökas propellerhastigheten kraftigt. Med hjälp av FI2 bestäms flockarnas relativa storlek vid en sönderslagning och ett högt värde visar att flockarna klarar av höga påfrestningar utan att gå sönder, vilket är en mycket viktig egenskap vid skivfiltret. FI3- relativt mått på återbildningsförmåga Efter att propellerhastigheten åter sänks efter sönderslagningen får flockarna återbildas. FI3 anger flockarnas relativa storlek, när de har återuppbyggts och ju högre värde desto bättre återbildas flockarna. Längs med vägen från tankarna till skivfiltret kan flockarna stöta på skjuvkrafter som tar sönder dem. Om flockarna har lätt för att återbildas kommer skjuvkrafterna innan filterdukarna spela mindre roll. Ju högre värdet är, desto bättre är återbildningsförmågan hos flockarna Förklaring till tolkningen av kurvan Tiden det tar för FI att överstiga 0,1 och 0,8 studerades för att få ett mått på hur snabbt flockarna tillväxer. Ett annat sätt att mäta tillväxthastigheten hade varit att mäta lutningen på kurvan. Anledningen till att detta inte gjordes var att kurvorna inte är linjära. Flocktillväxten avtar efter hand som Figur 6.5 visar och kurvan planar ut när flockarna blir större, vilket gör det svårt att mäta lutningen på kurvan. Anledningen till just tiden det tar för FI att överstiga 0,1 studerades, var att man först då kan vara säker på att flockarna verkligen växer till. Innan flocktillväxten sätter igång kan enskilda partiklar och luftbubblor ge utslag, vilket inte ska förväxlas med kemflockar. Tiden det tar för FI att överstiga 0,8 studerades för att de mätserier som ger relativt stora flockar ska tas med i den jämförande studien, medan de mätningar som ger mycket små flockar sållas bort. Alternativ tolkning I den artikel som försöket är hämtat ur används resultaten från mätningarna annorlunda. Som Figur 6.5 visar kommer flockarna inte upp till samma FI efter att de har återuppbyggts som de gör innan sönderslagningen. Med hjälp av FI1, FI2 och FI3 beräknas Breakage factor och Recovery factor ut i den studien. Det görs på följande sätt: (Yukselen, 2002) Breakage factor = [(FI1-FI2)/FI1]*100 Recovery factor = [(FI3 FI2)/(FI1 FI2)]*100 Breakage factor visar hur mycket flockarna slås sönder vid skjuvningen relativt den maximala storleken. Recovery factor jämför flockarnas återbildningsförmåga med sönderslagningen. 24

Användning av resultaten Mättekniken användes i arbetet för att jämföra olika produkter med avseende på de parametrar, som anses vara viktiga för skivfiltret. De två viktigaste parametrarna, för att en separation av förorenande ämnen i bräddvatten ska kunna ske i skivfiltret, är att flockarna börjar växa till snabbt efter att koagulanten har blivit tillsatt och att flockarna håller för starka skjuvkrafter. Breakage factor och Recovery factor anses inte vara de viktigaste parametrarna i valet av koagulant till skivfiltret och därför beräknas de inte i detta arbete. Eftersom PDA-mätningarna ger ett relativt mått på flockstorlek är det omöjligt att säga den exakta storleken på flockarna och därför även det FI, som krävs för att en avskiljning ska vara möjlig. PDA-instrumentet ger inte svaret på vilka kemikalier, som kan kombineras med skivfiltret, utan vilka kemikalier som har bäst förutsättningar. Tillredning av syntetiskt avloppsvatten Karaktären på avloppsvatten varierar från dag till dag, plats till plats och tid på dygnet, vilket gör det svårt att använda till försöken i detta arbete. Det är viktigt att förhållandena är desamma vid de olika testerna av två anledningar. Förutsättningarna måste vara desamma vid alla försök för att PDA2000 ska kunna ställas in och utvärderas och de olika kemikalierna måste jämföras under samma förhållande. Istället för avloppsvatten används syntetiskt avloppsvatten. Även om resultatet inte skulle bli exakt detsamma som om försedimenterat avloppsvatten hade använts, ger det syntetiska avloppsvattnet en god fingervisning om kemikaliernas egenskaper. Det syntetiska avloppsvattnet bereddes på samma sätt inför varje försök och det innehöll följande: (Till 1 liter syntetiskt avloppsvatten) 125 mg helmjölkspulver (Viking full fat milk powder, producerat av A/S Nestlé) 150 mg NaHCO 3 200 mg NaCl 95 mg NH 4 Cl 20 mg KH 2 PO 4 Mjölkpulvret innehåller 25 % protein, 28 % fett och 37 % kolhydrater. 25

Valda kemikalier för analys De kemikalier som undersöks finns listade i Tabell 6.1 Produkt % Aluminium Molkvot OH/Al % Basicitet Ligand Densitet (g/ml) Kemwater 9,27 1,30 43,3 --- 1,37 PAX-18 Kemwater 5,03 0,86 28,7 Sulfat 1,21 PAX-10 Kemwater 7,37 1,31 43,7 Silikat 1,303 PAX-XL60 Kemwater 5,30 2,17 72,4 --- 1,244 PAX-XL3 Kemwater 4,50 2,06 68,7 Sulfat 1,26 PAX-XL9 Kemwater 5,40 1,78 59,3 Sulfat 1,26 PAX-XL13 Tabell 6.1 Valda kemikalier till laboratorieförsöken. De ovan nämnda kemikalierna valdes för att tre högbasiska och tre lågbasiska koagulanter skulle jämföras. (En kemikalie som är högbasisk har en hög molkvot, OH/Al och sänker inte ph-värdet lika mycket som en lågbasisk kemikalie vid tillsats.) En annan skillnad mellan kemikalierna är liganderna. Det finns en rad olika metallsalter, som kan användas vid flockning. Ovan nämnda PAX-produkter har god förmåga att avskilja partiklar och testades därför i denna studie (Gillberg, 040810) 26

7 Inställningar av olika parametrar Olika flockningsparametrar, till exempel temperatur, ph och kemikaliedos, kan systematiskt studeras med hjälp av PDA2000. När en enskild parameter ska studeras genom en flockningsserie är det viktigt att inställningarna av instrumentet är passande. Olika inställningar ger olika resultat och kurvor från olika studier ska därför inte jämföras med varandra. En förutsättning för att PDA2000 ska ge trovärdiga resultat är att repeterbarheten av resultaten är god. Eftersom PDA2000 inte har använts tidigare vid Kemira Kemi AB studerades både olika inställningar och repeterbarheten innan de huvudsakliga försöken startades. Försöken gjordes med det syntetiska avloppsvattnet för att vattnets flockningsförutsättningar inte skulle ändra sig under försökens gång. Försöken i detta kapitel syftar inte i första hand till att utgöra underlag för skivfiltersförsöken, utan till att studera PDA-instrumentets möjligheter och begränsningar vid flockningsstudier. Resultatet redovisas i följande kapitel. Viktiga parametrar att studera inför skivfiltret Det som är intressant att studera inför försöken vid skivfiltret är hur en förändring av ph-värde och dosering påverkar flockningen. Anledningen till att ph-värdets påverkan studeras är att ph och alkalinitet hos avloppsvatten varierar. Det är viktigt att koagulanten ger god flockning i det ph-intervall, som flockningen förväntas ske vid. Flockningens dosberoende undersöktes för en av koagulanterna, PAX-XL60. Detta gjordes för att en lämplig dosering skulle kunna väljas till de fortsatta labbförsöken. Inställningar av PDA2000 inför kommande labbförsök Några av de olika inställningarna på PDA-instrumentet, som måste väljas inför försöken, eftersom de påverkar FI, listas nedan och en förklaring av dem följer därefter. Förstärkning av rms Filter -funktionen på instrumentet Limit -funktionen på instrumentet Förstärkning av rms Faktorn, som rms förstärks med, påverkar FI. Vid högre förstärkningsfaktor blir FI högre. När flockarna som bildas är små kan faktorn med fördel ökas för att flockningen ska kunna studeras noggrant. Om de bildade flockarna är stora är det bra att ha en låg förstärkning. Filter -funktionen Vid körning av instrumentet tar varje mätning 25 ms och datorn sparar en mätpunkt var tredje sekund. Att använda sig av filterfunktionen innebär att varje mätpunkt av 27

rms är ett medelvärde av fem sekunders mätning. Kurvorna blir följaktligen jämnare när filter -funktion används. Limit -funktionen Limit -funktionen innebär att varje mätning, som avviker mycket från de övriga, tas bort. Då till exempel en luftbubbla passerar mätcellen, kommer detta att ge ett oönskat utslag, som kan elimineras med limit -funktionen. Inställningar av övrig utrustning Övriga inställningar som också påverkar utseendet på kurvorna är: Varvtalen på propellern, som är kopplad till flockulatorn Pumphastigheten Omblandningshastighetens påverkan Flockarnas tillväxt är delvis beroende av turbulensen i provet. När kemikalien blandas i vattenprovet är det viktigt att turbulensen är hög för snabb och god omblandning. För att de destabiliserade partiklarna ska bilda flockar, krävs det att de kolliderar med varandra. Flockstorleken blir med andra ord beroende av omblandningshastigheten och turbulensen i provet. När flockarna har växt till en viss storlek, kommer fortsatt tillväxt vara begränsad, eftersom kollisionsgraden mellan partiklarna minskar, då de är större och färre, men också för att omblandningen skapar skjuvkrafter, som kan ta sönder flockarna. Flockarnas tillväxt planar ut och de når ett jämviktsläge i storlek, som är beroende av bland annat omblandningshastigheten. I vissa fall kan flockstorleken minska efter hand, när flockarna har nått en maxstorlek. Anledningen till detta beteende är inte helt klart, men troligtvis blir flockarna mer kompakta efter hand på grund av omrörningen. (Yukselen, 2002) Propellerhastigheten, som styr turbulensen, kollisionsgraden och skjuvkrafterna, har med andra ord stor inverkan på hur flockarna växer till. Pumpens och gummislangens påverkan Flödet genom gummislangen skapar skjuvkrafter, som kan komma att bryta ner flockarna innan de når mätcellen och därmed påverka resultatet. Vid högre hastighet genom gummislangen blir skjuvkrafterna på flockarna också större. (www.rankbrother.com, 2004-05-10) Även pumpen skapar stora krafter på flockarna och den placeras därför efter PDA-instrumentet, för att påverkan på mätningen ska bli så liten som möjligt. Flödet blir stötigt på grund av pumpen och för att studera inverkan av de två negativa effekterna, studerades mätserier vid olika pumphastigheter och vid självfall. 28

Försök med olika inställningar Inställningar av PDA2000 Rms förstärktes med minsta möjliga faktor och Filter -funktionen användes, men inte limit -funktionen. Anledningen till att just de inställningarna valdes var att de visade sig ge jämnast kurvor. Limit -funktion gav inte önskad effekt och istället för jämnare kurvor, blev de mer ojämna. Rms förstärktes så lite som möjligt, eftersom flockarna var så stora att ytterligare förstärkning var onödig. Propellerhastighetens påverkan I detta arbete studerades inte propellerhastighetens påverkan av flockuppbyggnaden, eftersom det ändå är mycket svårt att avgöra vilken hastighet det är som ger motsvarande turbulens som inblandningstankarna vid skivfiltret. En relativt hög omblandning valdes för att flockuppbyggnaden skulle studeras vid höga skjuvkrafter. Pumphastighetens påverkan Resultatet av att ändra på pumpens hastighet samt att titta på självfall visas i Figur 7.1. PAX-XL60 användes som koagulant vid alla försöken och flockarna fick växa till under tio minuter innan de slogs sönder. Även flockåteruppbyggnaden var tio minuter. FI vid olika pumphastigheter 2,5 2 FI 1,5 1 50 ml/min 35 ml/min 18 ml/min självfall 0,5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 tid (sekunder) Figur 7.1 FI vid olika pumphastigheter, samt vid självfall. Resultatet visar att vid högre pumphastighet blir FI-värdet lägre. Vid självfall får kurvorna lite högre FI-värde. Man kan därmed anta att pumpen skapar skjuvkrafter, som bryter sönder flockarna och som sänker FI-värdet. Det stötiga flödet, som pumpen ger verkar även ge ojämna kurvor. Vid högre, och därmed och jämnare, flöde genom slangen blir kurvorna jämnare än när flödet är lägre och vid självfall blir kurvorna ännu något jämnare. Skillnaden mellan att använda pump och självfall visar sig dock mest påverka FI-värdets storlek och pumpen används vid fortsatta labbförsök, eftersom laborationerna blev lättare att utföra. 29

Kurvorna visar även att flockarna når en maximal storlek ungefär efter 200 till 300 sekunder och att FI därefter minskar. Dosberoende Fyra olika doser av PAX-XL60 studerades därefter och aluminiumhalten var 0,15, 0,30, 0,45 och 0,60 mmol Al/l vatten. Resultatet visas nedan i Figur 7.2. Vid denna studie pågick flockuppbyggnaden under fyra minuter. Anledningen till att tiden sänktes från föregående försök, är att flockarna ändå har kort uppbyggnadstid i tankarna innan skivfiltreringen. FI vid olika dosering av PAX-XL60 2,5 2 1,5 FI 1 0.15 mmol Al/l 0.30 mmol Al/l 0.45 mmol Al/l 0.60 mmol Al/l 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid Figur 7.2 PDA-kurvor vid olika doser PAX-XL60. Resultatet från studien med olika doser av aluminium visar att en större dos ger högre och snabbare tillväxt av flockarna. Det ska noteras att försök endast gjordes på de doser, som innan försöken antogs vara rimliga för att god flockning skulle uppnås. Vid ytterligare förhöjd dos är det inte säkert att flockarna hade blivit större. Valda inställningar När inställningar bestämdes för fortsatta tester, valdes pumphastighet och dosering utifrån att FI ska bli så högt som möjligt, för att utslagen ska bli stora mellan olika produkter och ph-värden. Hänsyn togs också till att kurvorna ska vara relativt jämna. Utifrån dessa aspekter valdes pumphastigheten till 35 ml/min och doseringen till 0,60 mmol Al/l. Resultatet av repeterande försök vid valda inställningar För att utvärdera trovärdigheten hos PDA-instrumentet och de valda inställningarna gjordes repeterande försök. Resultatet från mätningarna visas i Figur 7.3 30

Repeterbarhet 2,5 2 1,5 FI ph 6.32 1 ph 6.30 ph 6.32 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 7.3 Repeterbarhetsstudie vid mätningar gjorda vid ph 6.3. Mätningarna visar att repeterbarheten vid de här inställningarna inte är särskilt god. För att slutsatser ska kunna dras från fortsatta försök ska det helst vara en bättre repeterbarhet än i försöket ovan. Förklaringar till repeterbarhetsstudiens resultat Det kan finnas olika förklaringar till kurvornas olikheter och möjliga sådana listas nedan PDA2000 används bäst för mindre flockar. Kurvorna blir slumpmässiga vid högre FI-värden. Vid flockning är det viktigt att testerna utförs exakt likadant varje gång. Turbulensen i provet skiljer sig med avståndet till propellern och därför ska koagulanten doseras på samma ställe varje gång. Pumpens stötiga flöde påverkar kurvornas utseende. För att i största möjliga mån ta bort ovan nämnda orsaker till kurvornas utseende, gjordes nya repeterbarhetsförsök, där doseringen av PAX-XL60 minskades till 0,45 mmol Al/l vatten och pumphastigheten ökades till 46 ml/min. Anledningen till detta var både att högre dos och högre flöde ger lägre FI-värden. En annan tänkbar åtgärd hade varit att ändra propellerhastigheten. Det gjordes inte eftersom omrörarens påverkan inte studerades i detta arbete. Resultatet av repeterbarhetstestet visas nedan i Figur 7.4. 31

repeterbarhet 2,5 2 1,5 FI ph 6.38 ph 6.37 ph 6.39 1 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 7.4 Studerad repeterbarhet vid en dos på 0,45 mmol Al/l vatten och ett flöde på 46 ml/l. Som Figur 7.4 visar är repeterbarheten betydligt bättre vid ett flöde på 46 ml/min vatten och en dos på 0,45 mmol Al/l. Vid fortsatta studier med instrumentet väljs dessa inställningar. Figur 7.3 och 7.4 visar att FI blir lägre vid lägre dos och högre flöde. Då flockningsindex blir lägre, förbättras repeterbarheten, vilket styrker teorin om att PDA-instrumentet lämpar sig bäst för att mäta mindre flockar. Fler mätningar måste dock göras för att säkert bestämma repeterbarhetens påverkan. 32

8 Resultat från PDA-mätningarna Grafer från mätserier För varje kemikalie kördes mätserier vid olika ph-värden vid dosen 0,45 mmol Al/l och pumpflödet 46 ml/min. Antalet mätserier som gjordes för varje produkt, beror på det ph-intervall, som flockningen fungerade vid. För varje kemikalie förändrades ph med några tiondels enheter vid varje ny mätning för att avgöra hur högt och hur lågt ph den enskilda produkten klarar. De erhållna graferna visas nedan. ph-jämförande, PAX-XL60 2,5 2 FI 1,5 1 ph 5.8 ph 6.1 ph 6.5 ph 7.0 ph 7.25 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.1 PDA-studie över PAX-XL60s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. 33

ph-jämförande, PAX-18 2,5 2 FI 1,5 1 ph 5.6 ph 5.95 ph 6.1 ph 6.5 ph 6.7 ph 7.0 ph 7.35 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.2 PDA-studie över PAX-18s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. ph -jämförande, PAX-10 2,5 2 FI 1,5 1 ph 6.0 ph 6.2 ph 6.5 ph 6.9 ph 7.25 ph 7.4 ph 6.7 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.3 PDA-studie över PAX-10s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. 34

ph -beroende, PAX-XL3 2,5 2 FI 1,5 1 ph 5.65 ph 6.0 ph 6.5 ph 7.1 ph 7.7 ph 8.6 ph 9.0 ph 9.15 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.4 PDA-studie över PAX-XL3s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. ph-beronde, PAX-XL9 2,5 2 FI 1,5 1 ph 5.6 ph 5.9 ph 6.45 ph 7.0 ph 7.3 ph 7.8 ph 8.4 ph 8.85 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.5 PDA-studie över PAX-XL9s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. 35

ph-beroende, PAX-XL13 2,5 2 FI 1,5 1 ph 5.6 ph 5.9 ph 6.4 ph 7.0 ph 7.3 ph 7.8 ph 7.8 0,5 0 0 100 200 300 400 500 600 tid (sekunder) Figur 8.6 PDA-studie över PAX-XL13s flockuppbildningsförmåga vid olika ph. Jämförande mellan kemikalierna T1, tid för FI att överstiga 0.1 Figur 8.7 visar tiden det tar för FI att överstiga 0.1 för de olika koagulanterna. Ju lägre värde, desto snabbare initial flocktillväxt. reaktionstid innan FI når över 0,1 600 500 tid (sekunder) 400 300 200 PAX-18 PAX-XL60 PAX-XL13 PAX-XL9 PAX-XL3 PAX-10 100 0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph Figur 8.7 De olika produkternas T1-värde vid olika ph-värden. Resultatet visar att alla kemikalier fungerar ungefär lika bra i ph-intervallet 6,5-7,0. De högbasiska koagulanterna fungerar över ett bredare ph-intervall än de lågbasiska. Flocktillväxten vid PAX-18- och PAX-10-tillsats fungerar över ett snävare ph- 36

område än övriga koagulanter och den försämras kraftigt vid små ph-förändringar i det yttre området för de två kemikalierna. T2, tid för FI att överstiga 0.8 Figur 8.8 visar hur lång tid det tar för FI att överstiga 0.8 för de olika kemikalierna vid olika ph-värden. Ju lägre värde, desto snabbare tillväxt. tid innan FI överstiger 0,8 600 500 tid (sekunder) 400 300 200 PAX-18 PAX-XL60 PAX-XL13 PAX-XL9 PAX-XL3 PAX-10 100 0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph Figur 8.8 T2, tiden det tar för FI att överstiga 0.8 för de olika produkterna vid olika ph-värden. Figur 8.8 visar att de högbasiska kemikalierna, PAX-XL3, PAX-XL9 och PAX-XL13 fungerar bättre vid de flesta ph-värdena och över ett bredare ph-intervall än de tre lågbasiska kemikalierna. Figuren visar också tydligt att små variationer i ph spelar stor roll för flocktillväxten för PAX-18 och PAX-10. PAX-XL60, PAX-XL3, PAX- XL9 och PAX-XL13 är enligt denna studie mindre känsligt för ph-förändringar. FI1, maximalt FI-värde Figur 8.9 jämför den maximala flockstorleken hos de olika koagulanterna vid olika ph-värden. Ju högre FI, desto större flockar. FI-värdet fluktuerar kraftigt i många av mätserierna och de FI-värden som redovisas i figuren nedan är avlästa medelvärden i slutet av flockuppbyggnaden precis innan sönderslagningen av flockar. 37

FI innan sönderslagning 2,5 2 FI 1,5 1 PAX-18 PAX-XL60 PAX-XL13 PAX-XL9 PAX-XL3 PAX-10 0,5 0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph Figur 8.9 Maximal relativ storlek på flockarna. Resultatet visar att PAX-18 väldigt känslig mot ph-förändringar gällande maximal flockstorlek. De tre högbasiska produkterna fungerar bra i ett brett ph-intervall och PAX-XL3 och PAX-XL9 visar mycket lika ph-beroende. PAX-XL60 visar sig inte vara särskilt ph-känslig vad gäller flockstorlek i det intervall, som mätningar är gjorda vid. Däremot visar sig PAX-XL60 ge mindre flockar än övriga produkter. FI2, flockningsindex vid sönderslagning För att flockarna inte ska gå sönder mot filterdukarna krävs det att de håller för starka skjuvkrafter. FI är därför mätt precis efter att propellerhastigheten ökats efter fyra minuters uppbyggnad. Ju högre värde på FI, desto större flockar efter sönderslagningen och därmed även desto starkare flockar. Resultatet visas i Figur 8.10. 38

FI, sönderslagning 2,5 2 FI 1,5 1 PAX-18 PAX-XL60 PAX-XL13 PAX-XL9 PAX-XL3 PAX-10 0,5 0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph Figur 8.10 Flockarnas relativa storlek efter sönderslagning. Resultatet visar att PAX-18 och PAX-10 ger starkast flockar vid ett begränsat phintervall. PAX-XL13 ger starka flockar över ett bredare ph-intervall och PAX-XL60, PAX-XL3 och PAX-XL9 ger mindre starka flockar, men å andra sidan visar de inte på någon större ph-känslighet. FI3, flockningsindex efter återuppbyggnad av flockar Längs med vägen från tankarna till skivfiltret kan flockarna stöta på skjuvkrafter som tar sönder dem. Om flockarna har lätt för att återbildas kommer skjuvkrafterna innan filterdukarna spela mindre roll. Flockarnas förmåga till återbildning studeras genom att FI avläses efter att flockarna har återbildats. Ju högre värdet är, desto bättre är återbildningsförmågan hos flockarna. Resultatet visas nedan i Figur 8.11. 39

FI vid återuppbyggnad 2,5 2 FI 1,5 1 PAX-18 PAX-XL60 PAX-XL13 PAX-XL9 PAX-XL3 PAX-10 0,5 0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 ph Figur 8.11 FI när flockarna har fått återuppbyggas efter sönderslagning. Figur 8.11 visar att PAX-18 och PAX-10 ger bra flockåteruppbyggnad vid ett begränsat ph-intervall. PAX-XL3 och PAX-XL9 följer ungefär samma ph-beroende. Sammanfattning av försöken och val av kemikalie Kriterier för val av kemikalie De viktigaste kriterierna för val av kemikalie till skivfiltret är att flockarna växer till snabbt och att det håller för starka skjuvkrafter. Med andra ord ska T1 vara låg och FI2 vara så hög som möjligt. Uppehållstiden i tanken är kort och flockningen måste ha hunnit komma igång. Skjuvkrafterna mot filterdukarna kommer antagligen att vara stora på flockarna, vilket gör FI2 viktig att titta på. En annan mycket viktig egenskap som studeras är att flockningen ska fungera i det ph-intervall som är att förvänta vid förfällningen vid Sjölunda reningsverk De andra resultaten kommer också tas med i val av kemikalie även om de inte väger lika tungt. Den maximala relativa storleken av flockarna, FI1 kommer att spela mindre roll om flockarna inte håller ihop när de träffar dukarna. Återbildningsförmågan hos flockarna ska förhoppningsvis inte spela någon större roll vid fällningen, eftersom flockarna över huvudtaget inte ska gå sönder i tankarna innan de når filtret. FI3 tas ändå med i valet av kemikalie eftersom man inte kan utesluta nedbrytande krafter i tankarna. Försöken vid Sjölunda med skivfiltret får visa om det gick att hitta en fungerande kemikalie till skivfiltret. Nedan följer en genomgång av de kemikalier som testades i studien. 40

PAX-XL60 PAX-XL60 visar inte någon större ph-känslighet inom det område, som försök gjordes vid (ph 5,8 till ph 7,25), Flockarna blir relativt små i jämförelse med de andra koagulanterna, men PAX-XL60 har visat goda flockningsegenskaper i andra sammanhang. Fördelen med den är också att den är lätt att få tag på i stora kvantiteter, vilket gör att den tas med till försöken vid skivfiltret. PAX-18 Med PAX-18 bildades det stora flockar inom ph-området 5,95-7,0, men phkänsligheten är stor, både vad gäller flockbildningshastighet, flockstorlek och styrka. PAX-18 tas därför inte med vid skivfiltersförsöken. PAX-10 Enligt PDA-mätningarna fungerar PAX-10 endast vid ph-intervallet 6,2 till 7,25. Flockarna blir vid många av mätningarna stora, men eftersom ph-intervallet är snävt tas PAX-10 inte med till försöken vid skivfiltret. PAX-XL3 Flockningen med PAX-XL3 visade sig fungera i ph-intervallet 5,65 till 9,15 och flockningen fungerade ungefär lika bra inom hela området. Det enda problemet med den är att flockarna växer till lite långsamt i ph-området 5,65-6,5. Vid bräddvattenhantering kommer det inte att vara nödvändigt att koagulanten kan jobba vid så höga ph-värden som PAX-XL3 gör, men det är heller ingen nackdel att den fungerar även i det ph-området. PAX-XL3 visar hyfsat snabb flockningsuppbyggnad och flockstorlek, men lite sämre flockstyrka. Det finns en produkt vid namn PAX- XL1, som har mycket lika flockningsegenskaper som PAX-XL3. Enda skillnaden är att PAX-XL1 innehåller kalciumjoner istället för natriumjoner, på grund av tillverkningsskillnader. PAX-XL1 är för de här försöken lättare att få tag på än PAX- XL3 i stora mängder och eftersom PAX-XL3 visar goda egenskaper tas PAX-XL1 med till försöken vid skivfiltret. PAX-XL9 PAX-XL9 visar i stort sett samma flockningsegenskaper vid mätning med PDAinstrumentet som PAX-XL3. Fördelen med PAX-XL9 är att den flockuppbyggnaden är lite snabbare än PAX-XL3 vid ph-värden under 6,5. Eftersom PAX-XL9 för övrigt är så lik PAX-XL3 tas inte PAX-XL9 med till försöken vid skivfiltret. PAX-XL13 PAX-XL13 fungerar inte vid ett lika brett ph-intervall som de två övriga högbasiska produkterna, men ändå vid ett fullt tillräckligt ph-intervall (ph 5,6-7,8). Mätningarna visar att flockarnas storlek blir ungefär densamma vid olika ph med undantag för det lägsta och högsta ph-värdet som flockningen gjordes vid. Sammantaget visar PAX- XL13 bäst egenskaper vad gäller flockbildning, flockstorlek, flockstyrka och 41

återbildningsförmåga, eftersom mätningarna ger goda resultat vid ett brett phintervall. PAX-XL13 är ingen kommersiell produkt och den tillverkas därför inte heller i stor skala. Till försöken vid skivfiltret gick att få tag i mindre mängder PAX- XL13 för att se hur den fungerar i vid skivfiltret, men inte så mycket att det räcker till upprepade försök. 42

9 Kompletterande försök med PAX-XL60, PAX-XL1 och PAX- XL13 För att se om de tre utvalda produkterna visar lika goda egenskaper vid försök med avloppsvatten, som med det syntetiska avloppsvattnet togs försedimenterat avloppsvatten från Öresundsverket i Helsingborg. Försöken gjordes på samma sätt som de tidigare nämnda försöken, med skillnaden att vattnet inte ph-justerades. Resultat från PDA-mätningarna Resultatet visas nedan i 9.1. ph-värde, PAX-XL60: 7,09 ph-värde, PAX-XL1: 7,20 ph-värde, PAX-XL13: 7,15 Försedimenterat vatten, Öresundsverket, dos 0,45 mmol Al/l 2,5 2 ratio 1,5 1 PAX-XL1 PAX-XL60 PAX-XL13 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 tid (sekunder) Figur 9.1 PDA-mätning med försedimenterat vatten från Öresundsverket. Resultatet visar att PAX-XL13 fungerar betydligt bättre än PAX-XL1 och PAX-XL60 med det försedimenterade vatten för Öresundsverket. PAX-XL60 och PAX-XL1 visar mycket lika flockbildningsegenskaper. Figur 9.1 visar också att FI blir mindre vid flockning på avloppsvatten än vid tillblandat, syntetiskt avloppsvatten. Detta kan bero på att dosen inte passade det försedimenterade vattnet. I försöket ovan användes samma dos som till det syntetiska avloppsvattnet och den skulle möjligtvis ha höjts. Förstärkning av flockar med hjälp av aktiverat vattenglas Om det vid försöken vid skivfiltret visar sig att flockarna inte håller för påfrestningarna utan går sönder och passerar filterdukarna, finns det möjlighet att tillsätta ytterligare en kemikalie för förstärkning efter metallsaltdoseringen. Eftersom 43

filterdukarna måste vara lätta att spola av krävs det att kemikalien inte har någon klibbande effekt och valet föll på aktiverat vattenglas. Det aktiverade vattenglaset tillsattes efter att flockarna hade fått växa till under 1,5 minuter efter metallsaltstillsatsen. Aluminiumdosen var 0,45 mmol Al/l vatten precis som i de tidigare försöken och dosen av aktiverat vattenglas var 0,5 ml/l vatten. Omrörningen var densamma vid metallsaltstillsatsen som i föregående försök och den ökades inte vid tillsatsen av aktiverat vattenglas, eftersom de redan bildade flockarna annars skulle gå sönder. Flockarna tilläts fortsätta växa under ytterligare 1,5 minuter efter tillsatsen innan propellerhastigheten ökades till 300 rpm för att skörheten och återbildningsförmågan hos flockarna skulle studeras. Försedimenterat vatten ifrån Öresundsverket användes vid flockningsförsöken för att effekten av aktiverat vattenglas tillsammans med avloppsvatten skulle studeras. Resultatet visas i 9.2-9.4. Kurvorna från försöken med aktiverat vattenglas jämförs med mätningarna med PAXtillsats (Figur 9.1). PAX-XL1, 0,45 mmol Al, försedimenterat vatten 2,5 2 1,5 FI utan vattenglas med vattenglas 1 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 tid (sekunder) Figur 9.2 Flockningsförsök på försedimenterat avloppsvatten med PAX-XL1, med och utan aktiverat vattenglas 44

PAX-XL60, 0,45 mmol Al/l, försedimenterat vatten 2,5 2 1,5 FI utan aktiverat vattenglas med aktiverat vattenglas 1 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 tid (sekunder) Figur 9.3 Flockningsförsök på försedimenterat avloppsvatten med PAX-XL60, med och utan aktiverat vattenglas. PAX-XL13, 0,45 mmol Al/l försedimenterat vatten 2,5 2 1,5 FI utan vattenglas med vattenglas 1 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 tid (sekunder) Figur 9.4 Flockningsförsök på försedimenterat avloppsvatten med PAX-XL13, med och utan aktiverat vattenglas. Resultatet visar att aktiverat vattenglas hjälper till vid flockbildningen hos alla tre kemikalier, även om det vid de här försöken gjorde mest inverkan med PAX-XL1. En effekt av aktiverat vattenglas är att flockarna blir lite mindre känsliga mot en ökad propellerhastighet och de blir något starkare med aktiverat vattenglas än utan. Den tydligaste effekten av aktiverat vattenglas är att flockarna har lätt för att återbildas. 45

10 Försök med kombinerad fällning och filtrering med skivfilter på Sjölunda reningsverk Efter att koagulanter valts ut via labbförsök, testades kombinerad förfällning och skivfiltrering vid Sjölunda reningsverk, som är ett av två avloppsreningsverk i Malmö. Vatten, som passerat försedimenteringen användes vid försöken, för att efterlikna bräddvatten så mycket som möjligt. Inställningar av utrustning Uppställningen till pilotförsöken visas i figur 5.2 (kapitel 5) och i den bilden visas även doserpunkterna. Vid försöken på Sjölunda reningsverk med kombinerad fällning och skivfiltrering kan en rad olika inställningar ändras och för att få bästa möjliga resultat måste deras påverkan undersökas. De inställningar, som går att ändra på vid försöken förutom val av metallsalt är följande: Flöde av vatten till skivfiltret Poröppning på filterdukarna Doserpunkt Omrörning i doserpunkten Dosering av koagulant Tillsats av polymer Flöde Begränsning av flöde För att metoden ska vara effektiv krävs det att filtret kan klara höga vattenflöden, eftersom bräddvolymerna från reningsverk ofta är stora. Det finns dock en begränsning av vad filtret klarar. Endast en viss mängd vatten kan passera filterdukarna, eftersom det finns ett motstånd för vattnet att passera filtret och tryckskillnaden över duken inte får överstiga 300 mm vattenpelare. Om flödet av vatten in till filtret är högre än filtrerkapaciteten, leds en del av vattnet ut genom ett bräddavlopp. Om flödet är ännu större än vad bräddavledningen klarar, kommer det inkommande, ofiltrerade vattnet blandas med det filtrerade. Detta är inte önskvärt vid provtagning och måste undvikas vid testförsöken. Uppehållstid i tankarna Tankarnas volym är ungefär en kubikmeter vardera och när vattenflödet in till filtret är 25 m 3 /h blir uppehållstiden 2,4 minuter i vardera av tankarna. Eftersom vattnet passerar två tankar innan det når filtret blir den totala uppehållstiden knappt 5 minuter. Försöken med PDA-instrumentet visar att den tiden är tillräcklig för flockarna att växa till stor storlek. När vattenflödet höjs blir uppehållstiden i tankarna kortare, vilket kan vara en nackdel eftersom flockarna behöver tid för att växa sig stora. Nackdelen med lågt flöde är däremot att turbulensen i doserpunkten minskar, vilket kan medföra sämre 46

inblandning och därmed även sämre flockning. Det är även viktigt att flödet är tillräckligt högt för att omblandningen i tankarna ska vara god. Man vill alltså hitta ett flöde, som ger tillräckligt lång uppehållstid i tankarna och tillräckligt god turbulens både i doserpunkten och i tankarna. Vattenflöde till filtret Flödet in till filtret kan ligga mellan 0 och 45 m 3 /h vid försöken och så länge vatten inte bräddas från filtret och flockningstiden i tankarna verkar vara tillräcklig kan flödet höjas. Det finns däremot en risk att dukarna sätts igen successivt av flockar, som inte spolas av och att kapaciteten minskar efter en stunds körning. Det flöde, som till en början fungerar bra kan då behöva minskas efter hand. Denna risk är något som måste utvärderas vid försöken, eftersom skivfiltrets förutsättningar för bräddvattenhantering är beroende av en hög kapacitet. Filterdukar Porstorlekens betydelse Poröppningen på filterdukarna har stor inverkan på processen. Vid lägre poröppning på duken fastnar även de mindre partiklarna, och avskiljningen borde därav bli mer effektiv. Den negativa effekten med mindre poröppning på dukarna är att filtret måste spolas oftare, eftersom tryckfallet över filtret snabbare blir 300 mm vattenpelare, då fler partiklar sätter igen filtret. Om motståndet genom filtret är högre, måste vattenflödet också sänkas. Doserpunkt Hur väl flockningen fungerar beror delvis på var kemikalierna doseras. Bild 5.2, sidan 16, visar var de olika doserpunkterna ligger. Vid punkt ett är turbulensen hög, eftersom vattnet transporteras med hög hastighet genom ett smalt rör. Det tar relativt lång tid för vattnet att transporteras mellan doseringen och skivfiltret och flockarna får lång tid på sig att bildas. Tiden det tar för vattnet att transporteras mellan punkt ett och två är bara några sekunder och de två doserpunkterna kan därför användas, när två kemikalier ska blandas in med kort mellanrum. Då doseringen sker i punkt tre får man kort tillväxttid innan flockarna når skivfiltret, eftersom vattnet bara passerar en tank. Dosering i punkt tre lämpar sig bäst när man vill blanda i en anjonspolymer, som inte kräver någon lång uppehållstid. Omrörare vid doserpunkten För att lösa problemet med dålig inblandning kan en extra omrörare installeras vid doseringen. Detta kan behövas om filtret kräver lågt flöde och flockningen hög uppehållstid. Det är särskilt inblandningspunkt tre som är i behov av omrörare, eftersom vattnet transporteras från tank ett till tank två i ett tjockt rör där turbulensen är låg. Tank två kan användas för att blanda i polymer så att större flockaggregat bildas. Problemet med propelleromrörning är att de redan bildade flockarna riskerar gå sönder av skjuvkrafterna och om de inte har möjlighet att snabbt återbildas, blir effekten inte den önskade. 47

Inställning av kemikaliedosering och vattenflöde Vattenflödet mäts hela tiden med en flödesmätare och därför går det att få exakta värden på det. Kemikaliedoseringen är däremot svårare att få exakt, eftersom kemikaliepumparna måste kalibreras för hand med hjälp av mätglas och tidtagarur. Det är dessutom svårt att göra de finjusteringar som krävs för att man ska nå det önskade värdet. När man har nått en bra kemikaliedosering, är det lämpligt att behålla kemikalieflödet konstant och ändra på vattenflödet om man vill testa olika doseringar. Följden blir dock att uppehållstiderna ändras vid flödesjustering. Polymertillsats Om flockarna inte visar sig vara tillräckligt stora eller starka och därmed passerar filterdukarna finns det möjlighet att tillsätta en eller två polymerer. Om fällningskemikalien tillsätts i punkt 1 kan polymeren tillsättas i punkt 2 eller 3. Katjonspolymerer är positivt laddade och binder därför ihop negativt laddade partiklar, medan anjonspolymerer fungerar på det motsatta viset. Förhållande vid försöken Vid försökens början var inte inblandningspunkt ett installerad och det fanns inte heller någon extra omrörare. Anledningen till att de inte fanns från början var att de inte ansågs vara nödvändiga när försöken startade. Analys av proven För att bedöma avskiljningen i filtret måste proverna analyseras. Genom att mäta hur mycket suspenderat material filtret avskiljer får man ett bra allmänt mått på reningsgraden i filtret. En annan viktig parameter för en bedömning av resultatet är fosforavskiljningen i filtret, eftersom höga fosforutsläpp är ett problem för många verk. Vid en hög reduktion av suspenderat material är det troligt att även fosfor har reducerats. Det måste ändå mätas, eftersom aluminiumsalternas förmåga att binda löst fosfor skiljer sig från produkt till produkt. Den tredje parametern som är viktig att titta på är bakteriereduktionen i vattnet. Verken har krav på sig att inte förorena recipienter med mycket bakterier och därför är det önskvärt att filtret reducerar bakterieantalet i vattnet. Försök med PAX-XL60-dosering De första försöken med kombinerad fällning och filtrering gjordes med PAX-XL60 som fällningsmedel. Resultaten från laborationerna visade inte att PAX-XL60 var den bästa produkten, men eftersom den är lättast att få stora mängder av, användes den till en början för att testa övriga inställningar. Val av metallsaltdosering Vid inställningen av pumpen för kemikaliedosering blev doseringen ungefär 0,2 ml koagulant per liter avloppsvatten vid vattenflödet 25 m 3 /h. Då PAX-XL60 doseras motsvarar det en dos på ungefär 0,7 mmol Al/l, vilket är ett relativt högt värde i jämförelse med labbförsöken. Då vattenflödet höjs, sänks dosen automatiskt och vice 48

versa. Anledningen till att dosen valdes så hög är att pumpen till kemikalierna inte klarar lägre flöden, att en högre dos ger bättre resultat enligt mätningarna med PDAinstrumentet och att PAX-XL60 inte är särskilt känslig mot överdosering. Försök Följande försök gjordes med PAX-XL60 som koagulant: Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 2. Filterdukar med poröppningen 20 µm användes. Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 1 med filter med poröppningen 40 µm. Vid försöken med PAX-XL60 ökades och minskades vattenflödet för att se hur resultatet kunde optimeras. Resultat av PAX-XL60-tillsats När endast PAX-XL60 doserades enligt ovan beskrivet var avskiljningen inte särskilt god vid något av fallen. Flockningen fungerade bra i tankarna och prov samlades upp från det utgående, behandlade vattnet. Vattnet var dock fortfarande kraftigt färgat och när provet fick stå kunde en tydlig återbildning av flockar skönjas. Flockbildningen var så kraftig i det utgående provet att en bedömning gjordes att det inte var lönt att göra analyser på provet. Några iakttagelser gjordes för fortsatta försök och de listas nedan. När 40 mikronsdukar användes klarade filtret ett betydligt högre flöde än när 20 mikrons dukar användes. Flockningen fungerade bättre när PAX-XL60 doserades i punkt ett än i punkt två. Flockarna som bildades när PAX-XL60 doserades är ganska stora, men de såg inte kompakta ut. Slutsatser från försöken med PAX-XL60-dosering Flödet måste sänkas när poröppningen på filtret är 20 µm. Vid en användning av metoden är det önskvärt att 40 mikronsdukarna kan användas för att ha en hög kapacitet. Att flockningen fungerade bättre när PAX-XL60 doserades i punkt 1 istället för punkt 2 beror antagligen på att turbulensen i omblandningspunkt 1 var högre än i punkt 2. Metallsalterna ska alltså med fördel doseras i den punkten. Flockarna som bildas i tankarna bör hellre vara kompakta än fluffiga som de var vid PAX-XL60-doseringen. Det är troligt att flockarna går sönder lättare och passerar filterdukarna om de inte är kompakta. Vid PDA-försöken med aktiverat vattenglas såg man att flockarna blev något större och tåligare mot skjuvkrafter än när bara PAX användes som fällningsmedel. Försöken vid skivfiltret med PAX-XL60 visade att flockarna behöver vara mycket starkare för att en avskiljning ska kunna ske. Slutsatsen dras att aktiverat vattenglas 49

inte kommer att stärka flockarna så mycket att avskiljningen kommer förbättras mer än marginellt. Aktiverat vattenglas tas inte med för fortsatta försök. Försök med kombinerad PAX-XL60 och katjonstillsats För att se om flockarna stärks vid en tillsats av PAX-XL60 så kombinerades metallsaltstillsatsen med en katjonpolymer. Anledningen till att katjonpolymer valdes istället för anjonspolymer är att den har en mindre klibbig effekt och eftersom det är viktigt att dukarna inte sätter igen är det en viktig egenskap. Försöket med PAX-XL60 och katjon var följande: Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 1 och dosering av katjonpolymeren Zetag 7878 i punkt 2, poröppning 40 µm. Dosering av katjonspolymer Vid ett vattenflöde på 25 m 3 /h var doseringen av katjonspolymeren ungefär 0,5 mg PE/l vatten. Precis som vid metallsaltdoseringen kan denna dos förändras genom att vattenflödet ökas eller minskas. Resultat och slutsats efter försök med kombinerad PAX-XL60-tillsats och katjonpolymer När katjonpolymer doseras blev avskiljningen i filtret fortfarande väldigt dålig. Flockarna gick sönder, passerade filterduken och återbildades i det uppsamlade provet. Bedömningen gjordes att det inte var lönt att analysera provet, eftersom avskiljningen ändå var så dålig. Flockningen såg inte nämnvärt bättre ut i tankarna när katjonen tillsattes i jämförelse mot enbart PAX-XL60-tillsats. Slutsatsen drogs att någon starkare polymer behövdes och valet föll på en anjonspolymer med hög molekylvikt och hög laddningstäthet. Försök med PAX-XL60 och anjonspolymer För att förbättra avskiljningen i filtret valdes anjonspolymeren Fennopol A392, som har hög molekylvikt och hög laddningstäthet. Doseringen av anjonspolymeren var densamma som vid tillsatsen av katjonspolymer, det vill säga 0,5 mg PE/l vatten vid ett vattenflöde på 25 m 3 /h. Dosen både ökades och minskades när flödet reglerades. Följande försök gjordes med Fennopol A392: Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 1 och dosering av anjonspolymeren Fennopol A392 i punkt 2, poröppning 40 µm. Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 1 och dosering av anjonspolymeren Fennopol A392 i punkt 3 med och utan omrörare, poröppning 40 µm. Resultat och slutsats vid en kombinerad dosering av PAX-XL60 och Fennopol A392 Flockarna blev tydligare och mer kompakta i tankarna efter anjonspolymertillsatsen och en tydligare klarfas i vattnet i tankarna kunde skönjas, vilket är en förutsättning 50

för god avskiljning. Tyvärr passerade även de här flockarna filterduken och återbildades i utloppsvattnet. Anjonspolymeren behöver inte lång tid på sig för att binda ihop och stärka de befintliga flockarna och därför testades både den andra och tredje doserpunkten. För att omblandningen av polymeren skulle bli så god som möjligt monterades en extra omrörare vid den tredje doserpunkten. Resultatet av denna blev inte önskvärt och flockningen fungerade sämre. Antagligen berodde detta på att de av PAX-XL60 bildade flockarna gick sönder av de starka skjuvkrafterna från propelleromröraren. Slutsatsen blev att inte heller denna kombination var tillräckligt bra för att få god avskiljning i filtret. Ett annat problem som uppstod då anjonspolymeren kombinerades med PAX-XL60 var att ett hårt vitt skum bildades i tank två oavsett doserpunkt. Detta berodde sannolikt på att polymeren reagerade med den luft som drogs ner i tank två genom det röret som förbinder tank ett och tank två. Försök med PAX-XL60, katjonspolymer och anjonspolymer För att se om flockarna kunde förstärkas ytterligare gjordes även följande försök: Dosering av PAX-XL60 i inblandningspunkt 1, dosering av katjonspolymeren Zetag 7878 i punkt 2 och dosering av anjonspolymeren Fennopol A392 i inblandningspunkt 3. Filterporöppning 40 µm. Doseringen av polymererna och PAX-XL60 var som i föregående försök. Resultat och slutsats från försöken med polymerkombinationen Resultatet var ungefär detsamma som när PAX-XL60 kombinerades med A392. Flockningen såg bra ut i tankarna, men trots tydliga och stora flockar gick de sönder när de passerade filterdukarna. Det togs inga prover för analys, eftersom avskiljningen var för dålig. Försök med PAX-XL1 och PAX-XL13 PAX-XL13 gav enligt PDA-mätningarna stora flockar, som dessutom var tåliga mot skjuvkrafter. Från PDA-mätningarna valdes även PAX-XL1 till försöken vid skivfiltret. Försöken gjordes som med PAX-XL60, det vill säga att de testades utan någon polymerkombination och sedan med. Eftersom de olika PAX-produkterna inte har samma densitet och aluminiumhalt, så skiljer sig aluminiumdoseringen något. För både PAX-XL13 och PAX-XL1 motsvarar en dos på 0,2 ml PAX/l vatten ungefär 0,5 mmol Al/l vatten. Det är förmodligen ingen nackdel att dosen av aluminium blir lägre i jämförelse med PAX- XL60, eftersom den var väldigt hög när PAX-XL60 doserades. 0,5 mmol Al/l vatten är närmre den dos som användes på labb. Precis som för PAX-XL60 stämmer den uträknade dosen endast när flödet till filtret är 25 m 3 /h och den varieras med flödet till filtret. 51

Resultat och slutsats vid försök med PAX-XL1 och PAX-XL13 Resultatet var så dåligt även när PAX-XL1 och PAX-XL13 användes som flockningsmedel att det inte var lönt att analysera proverna. Eftersom proverna inte analyserades är de svåra att jämföra med PAX-XL60, men ögonbedömningen var att det fungerade sämre med PAX-XL1 och PAX-XL13 än med PAX-XL60. Försök med andra kemikalier Längs med vägen testades även en del andra kemikalier för att se om de kunde ge ett bättre resultat. Inget av försöken fungerade bättre än de ovan nämnda och därför gjordes inga analyser på proverna. Istället för att tillsätta en PAX-produkt, som innehåller polyaluminiuklorid, testades ALS, som består av aluminiumsulfat. Flockarna, som bildas med denna produkt blir i regel mindre och förhoppningen var att de bildade flockarna skulle vara starkare. ALS kombinerades med Fennopol A392, men avskiljningen blev inte bättre. Några andra polymerer testades även. Som alternativ till Zetag 7878 testades Cytec 577 och istället för Fennopol A392 testades anjonspolymeren Fennopol A3050. Skillnaden mellan Fennopol A3050 och Fennopol A392 är att Fennopol A392 har högre molekylvikt och högre laddningstäthet. Zetag 7878 är till skillnad från Cytec 577 grenad. 52

11 Erfarenheter från försöken vid skivfiltret Avskiljningen i skivfiltret fungerade inte tillfredsställande. Många olika fällningskemikalier och polymerer testades och vid fortsatta försök är det i första hand inställningar vid doseringen som måste förändras. De inställningar, som skulle kunna förbättras inför fortsatta försök vid skivfiltret listas nedan. Dosering av kemikalie och polymer Pumpen som användes vid försöken var svår att finjustera och den hade svårt att klara låga flöden. Vid låga vattenflöden blev kemikaliedoseringen väldigt hög. Det krävs en bättre styrning av kemikaliedoseringen och det måste vara möjligt med låga doser vid låga vattenflöden. Omrörning i tankarna Vid låga flöden blir omrörningen i tankarna mycket dålig och för att försäkra sig mot att vissa delar av tankarna blir döda zoner, vore det bra med extra omrörare i tankarna. Om flödet är väldigt lågt i tankarna sedimenterar flockarna, vilket inte är meningen. Labbförsöken med PDA2000 visar dessutom att det är viktigt med god omrörning för att flockningen ska fungera väl. Omrörning i doserpunkten Vid pilotförsöken med skivfiltret hade den installerade omröraren vid polymertillsatsen förmodligen för hög frekvens och de bildade flockarna slogs sönder. Eftersom det är viktigt att inblandningen av kemikalier är god hade en propeller med lägre frekvens varit att föredra. Flockstorlek Det är inte säkert att stora flockar är att föredra. Porstorleken på filterdukarna är ändå så liten att mindre men starkare flockar hade fastnat. 53

12 Förslag till förbättringar vid fortsatta laboratorieförsök Eftersom flockstyrkan, som PDA-instrumentet mätte hos de olika kemikalierna, inte visade sig vara tillräcklig, skulle annorlunda laboratorieförsök kunna göras. De filterdukar som används vid skivfiltret kan testas även i labbskala och de kan därför användas för fortsatta studier. En bit filterduk, som är uppspänd på en metallring med en ungefärlig diameter på cirka fem centimeter, sätts fast i ena änden av ett plaströr med en längd på cirka 40cm. Laborationen med det mobila filtret skulle förslagsvis gå till på följande vis: 1. Olika flockningsförsök, där olika metallsalter och polymerer tillsätts, görs med försedimenterat vatten för att hitta en god kombination av kemikalier. Olika kombinationer av kemikalier, doser och flockningstider testas och flockningsförsöken görs vid ett antal ph-värden. (Försöken måste upprepas olika dagar, eftersom avloppsvattens egenskaper varierar från dag till dag.) 2. Vattnet från flockningsförsöket filtreras med samma filterdukar (20 µm eller 40 µm poröppning) och tryckskillnad (300mm vattenpelare) som vid skivfiltret. 3. Filtratet samlas upp och suspenderat material eller turbiditet mäts. 4. Den kemikalie eller kombination av kemikalier, som ger bäst resultat, testas i full skala. Med ovan nämnda försök skulle en kemikalie eller kombination av kemikalier, som bildar tillräckligt starka flockar för skivfiltret, kunna väljas. Om filtratet från ovanstående försök visar att en god avskiljning med hjälp av filtrering är möjlig, hade man dessutom vid början av fullskaleförsöken haft en bättre ide om hur metallsalterna och polymererna ska kombineras. 54

13 Diskussion Nyttan av laboratorieförsöken för val av kemikalie När försöken startade hade PDA-instrumentet inte använts i samma ändamål någon gång innan och det var därför omöjligt att veta om resultaten från mätningarna skulle vara användbara till försöken vid skivfiltret. Resultatet vid skivfiltret var med befintliga inställningar inte önskat och kopplingen mellan laboratorieförsök och pilotförsök var svag. Anledningen till detta var att det var svårt att jämföra de olika kemikaliernas egenskaper vid skivfiltret på samma sätt som vid PDA-instrumentet, eftersom avskiljningen inte fungerade med någon av kemikalierna. Från PDA-instrumentet erhölls information om vilken kemikalie som hade bäst förutsättningar, lämplig dosering, fungerande ph-intervall, flocktillväxt, relativ flockstorlek, skjuvtålighet hos flockarna och återbildningsförmåga. Några av resultaten kunde användas inför försöken, några hade kunnat utnyttjas mer och några gav inte önskad information. En genomgång av deras nytta inför försöken med skivfiltret följer nedan. Val av kemikalie Försöken med PDA-instrumentet sa att PAX-XL13 skulle vara den bästa produkten, men så var inte fallet vid försöken med skivfiltret. Labbförsök med sjölundavatten hade kunnat svara på PAX-XL13:s förutsättningar för det vattnet. PAX-XL60 fungerade sämre än väntat vid PDA-mätningarna, men bättre än PAX-XL1 och PAX- XL13 vid Sjölunda. En möjlig orsak till detta kan vara att det syntetiska avloppsvattnet fungerar annorlunda med de olika kemikalierna än vad avloppsvatten från Sjölunda gör, eller att det PAX-XL60-prov, som användes vid laborationerna var dåligt. Det är möjligt att någon av de andra kemikalierna som testades, men som valdes bort inför pilotförsöken, hade gett ett bättre resultat än de övriga. Dosering En lämplig dosering valdes för det syntetiska avloppsvattnet och PDA-mätningarna gav ett tydligt utslag för hur de olika doserna påverkade flockningen. Denna parameter hade kunnat studeras mer för avloppsvatten från Sjölunda reningsverk, så att en lämplig dos till det vattnet hade kunnat väljas. Vid skivfiltret var det svårt att hålla låg dosering av kemikalier och därför gick det inte att dosera på samma sätt som på labbet. Fler labbförsök hade kunnat göras för att följa effekten av de höga doserna mer noggrant. ph-intervall Denna parameter kunde med fördel studeras med PDA-instrumentet och ett tydligt samband mellan flockning och ph-värde kunde erhållas för många av kemikalierna, så att de kemikalier, som bara fungerar i ett snävt ph-intervall, kunde väljas bort. Frågan måste dock ställas om ph-beroendet hade sett likadant ut med avloppsvatten och även denna parameter borde ha studerats för avloppsvattnet från Sjölunda reningsverk. 55

Flocktillväxt PDA-instrumentet gav tydligt utslag för flocktillväxtens start. Denna parameter var viktig när katjonpolymeren tillsattes kort efter metallsaltstillsatsen. För övrigt var uppehållstiden i tankarna så pass lång att flockarna hade god tid på sig att bildas. Flockstorlek PDA-instrumentet gav tydliga skillnader i flockstorlek och denna parameter tycktes vara viktig vid försökens start. Det är omöjligt att säga vilken flockstorlek ett FI-värde i de här försöken motsvarar, men en ögonbedömning säger att flockarna är avsevärt större än filteröppningarna och att den maximala flockstorleken därför inte spelar någon roll. Det är inte storleken som är den begränsande faktorn vid skivfiltret. Vid försök med försedimenterat vatten från Öresundsverket, Helsingborg, blev flockningsindex mindre än vid försöken med det syntetiska avloppsvattnet, men trots det större än porstorleken på filterdukarna. Skjuvtålighet Denna faktor är mycket viktig för att en avskiljning ska vara möjlig i filtret. Med PDA-instrumentet mäts en relativ skjuvtålighet. Om flockarna från någon av produkterna hade hållit för krafterna i filtret hade man haft en bättre referens till vad som krävs för filtret och de olika koagulanterna hade kunnat jämföras på ett effektivt sätt med PDA-instrumentet. När nu inga kemikalier gav flockar som klarade skjuvkrafterna var det svårare att tolka det relativa begreppet från PDA-instrumentet. Återbildningsförmåga Det är svårt att avgöra hur viktig denna parameter är. Det är bra om flockarna har en god återbildningsförmåga, eftersom de längs med vägen från dosering till skivfilter kan slås sönder. Det mest önskvärda är dock att de inte ska gå sönder alls längs med vägen från tankarna till filterdukarna. Sammanfattning av labbförsökens betydelse för försöken vid skivfiltret. Vid framtida försök med förfällning och skivfiltrering kan PDA-instrumentet vara en del i laborationsförsök för att välja den bästa kemikalien, men försök med PDA2000 bör inte vara den enda analysmetoden. Om stora flockar går sönder och passerar filterdukarna, spelar det ingen roll om flockarna har snabb tillväxt och har lätt för att återbildas. Det kan däremot vara parametrar att titta på om en avskiljning visar sig vara möjlig. Om flera olika kemikalier visar sig bilda flockar som kan avskiljas i skivfiltret kan PDA-instrumentet vara intressant för att till exempel välja den kemikalie med snabbast flocktillväxt. Många parametrar hade kunnat studeras bättre med avloppsvatten från Sjölunda. Fördelen med det syntetiska, tillblandade avloppsvattnet är dock att det inte varierar från dag till dag. Olika resultat kan därför jämföras med varandra på ett mer vetenskapligt sätt och dessutom kan vattnet tillredas på plats. Det hade inte varit möjligt att testa olika inställningar av PDA-instrumentet och att utvärdera repeterbarheten på resultaten med avloppsvatten från Öresundsverket eller Sjölunda.. 56

Aktiverat vattenglas När försöken startade var tanken att aktiverat vattenglas skulle kunna kombineras med någon av PAX-produkterna vid behov. Därför gjordes några PDA-försök med aktiverat vattenglas. Skillnaden mellan en PAX-tillsats och en kombination med PAX och aktiverat vattenglas visade sig emellertid inte vara så stor vid mätning med PDAinstrumentet att det var lönt att testa den kombinationen vid skivfiltret. Om man hade kunnat se en tydligare avskiljning vid endast PAX-XL60-tillsats, hade kombinationen PAX, aktiverat vattenglas testats. Det är möjligt att aktiverat vattenglas hade kunnat förbättra en redan befintlig avskiljning, men vid de förhållande som rådde, hade det förmodligen inte gjort så stor skillnad. För att avskiljningen ska fungera vid skivfiltret är det troligt att det kommer krävas polymer. Inför fortsatta försök är det därför lämpligt att göra labbförsök med olika polymerer. Användning av PDA-instrumentet i andra sammanhang Försöken med PDA-instrumentet visar att det är användbart på många sätt, men man ska i förväg fundera på vad man är intresserad av. Högt flockningsindex behöver inte automatiskt betyda hög renhetsgrad. Kompletterande flockningsförsök, där till exempel fosforavskiljning och turbiditet mäts efter att flockarna har fått sedimentera, är viktigt att göra för att rätt slutsatser ska kunna dras. PDA-försöken lämpar sig särskilt väl till att studera flockningsfasens början och då tillväxten av mycket små flockar ska följas. PDA-instrumentet ger utslag och flockningsindex ökar innan man kan se några flockar med ögonen. I de processer där flockarna är väldigt små kan förstärkningen av rms ökas och tillväxten av de knappt synbara flockarna följas. En annan användbar funktion av PDA-instrumentet, som inte använts i detta arbete, är möjligheten att studera sedimentationsförmågan hos flockarna. Detta är en mycket viktig egenskap för effektiv rening i många sammanhang. Genom att mäta rms under tiden flockarna sedimenterar, kan sedimenteringstiden hos olika flockar studeras. En möjlig svaghet hos PDA-instrumentet uppdagades då repeterbarheten studerades. (Figur 7.3) Repeterbarheten blev dålig när dosen var hög och pumpflödet relativt lågt. Repeterbarheten bör studeras inför fortsatta försök för att bestämma spridningen på resultaten. Skivfiltrets förutsättningar för bräddvattenhantering De försök, som har gjorts med skivfiltret i detta arbete är början av en större studie av skivfiltrets nytta för bräddvattenbehandling. Resultaten måste förbättras för att man ska kunna bedöma skivfiltrets användbarhet för bräddvattenhantering. En förutsättning för det är att avskiljningen blir bättre och att resultatet är repeterbart. En stor fördel med skivfiltersmetoden är att skivfiltret tar liten plats och det går snabbt att starta upp processen. Vid försöken användes endast två filterskivor och flödet genom filtret kunder därmed inte bli så högt. För att lösa kravet på hög flödeskapacitet kan ett antal skivfilter med flera filterskivor installeras. 57

Ytterligare är det önskvärt att kemikaliedoseringen kan minskas, för att driftskostnaderna inte ska bli för höga. Man måste också försäkra sig mot att filterdukarna inte sätts igen under en längre tids kontinuerlig körning. Resultatet vid skivfiltret blev inte som önskat i det här arbetet, men genom att förbättra en del inställningar vid filtret och göra laborationerna för kemikalieval mer ändamålsenliga kan fler försök göras. Det finns fortfarande goda möjligheter att en avskiljning i skivfiltret är möjlig och i det fallet skulle det vara en intressant process för bräddvattenhantering. 58

14 Slutsatser Slutsatsen av laboratorieförsöken med PDA2000 är att instrumentet är användbart för att studera olika steg i en flockningsprocess och olika parametrar som påverkar flockningen. Hur till exempel ph-värdet påverkar flockningen kan undersökas och åskådliggöras på ett enkelt sätt. Med hjälp av mätningar med PDA-instrumentet kan olika kemikalier jämföras på ett sätt som annars är svårt att göra. Värdena, som erhålls är relativa och instrumentet ska därför användas till att jämföra olika kemikaliers egenskaper och inte för att få absoluta värden. Repeterbarheten inför ett försök bör undersökas för att spridningen ska vara känd. Undersökningarna visade att PAX-XL13 var den kemikalie, som hade bäst förutsättningar för en lyckad fällning och avskiljning i skivfiltret. De mer högbasiska produkterna PAX-XL3 och PAX-XL9 fungerade över ett bredare ph-intervall, men PAX-XL13 hade bäst egenskaper sammantaget. Vid skivfiltret visade det sig att PAX- XL60 fungerade bättre än PAX-XL13, men inte heller den produkten visade sig ge tillräckligt starka flockar för att en avskiljning skulle vara möjlig. Med andra ord är PDA2000 inte lämplig till att ensam användas för kemikalieval till skivfiltret. Anledningen till att resultatet blev annorlunda vid laboratorieförsöken kan bero på att det syntetiska avloppsvattnet inte hade samma egenskaper som det försedimenterade vattnet vid Sjölunda. Det är bättre att använda sig av sjölundavatten vid fortsatta laborationer för val av kemikalier än det tillblandade. I försöken vid det här arbetet lämpade sig mjölkvattnet bättre, eftersom PDA2000 inte hade använts tidigare i samma ändamål. Avskiljningen vid skivfiltret lyckades aldrig bli så hög att metoden kan räknas som effektiv. Försöken i detta arbete var början på en större studie och med förbättrade inställningar är det möjligt att avskiljningen kan bli god. De slutsatser som drogs vid de utförda försöken är följande. Det är nödvändigt att använda polymer för att skapa tillräckligt starka flockar. De flockar som bildas med PAX-XL60-tillsats var större än porstorleken på dukarna, men inte tillräckligt starka. Flödeskapaciteten minskar kraftigt när 20 mikronsdukarna används istället för 40 mikronsdukarna. För att flockningen ska fungera väl är det viktigt att metallsalten doseras vid hög turbulens. Fler försök behöver göras för att bedöma skivfiltrets förmåga till effektiv bräddvattenhantering. 59

Litteratur Gillberg, Lars - Hansen, Bengt - Karlsson, Ingemar - Nordström-Enkel, Anders - Pålsson, Anders, 2003. About water treatment. Helsingborg: Kemira Kemwater. Gregory, John, 2003. Monitoring floc formation and breakage in Boller, Markus (red.) Nano and micro particles in water and wastewater treatment. Zürich: International Water Association. Hernebring, Claes Andréasson, Mats Forsverg Bertil, 2000. Rapportering av årlig bräddning 1994-98. Erfarenheter från kommuner inom utvalda län. VA-FORSK Rapport 200014 Mattson, Ann Gingsjö, Ulf, 2003. Bräddvattenbehandling alternativ. Gryaab Rapport 2003:2 Yukselen, Ali Mehmet Gregory, John, 2002. Breakage and Re-formation of Alum Flocs Environmental Enginering Science. Vol. 19, No 4, 2002. Internetkällor Borås Kommun, www.boras.se, 2004-09-08 Gryaab, www.gryaab.se, 2004-04-16 Hydrotech AB, www.hydrotech.se, 2004-04-27 John Meunier Inc, www.johnmeunier.com, 2004-05-10 Krüger Akvapur, www.kruger.se, 2004-05-10 Rank Brothers Ltd, www.rankbrothers.com, 2004-09-03 60