Avlopp och Kretslopp Driftavtal för att säkerställa funktionen hos små reningsverk Hanna Karlsen Topas Vatten, Peter Johansson Topas Vatten Antal sidor : 13 Revision 2: 2010 HK Copyright Topas Vatten AB
INNEHÅLL: 1. DRIFTAVTAL TILL KONSUMENT SOM VERKSAMHETSUTÖVARE 1 1.1. Viktiga egenskaper hos en anläggning med avloppsreningsverk (ARV)1 1.1.1. Projektering och anläggning för en problemfri drift 1 1.1.2. Reglering av slammängd 2 1.1.3. Förmåga att klara av variationer i flöde och koncentration av föroreningar. 2 1.1.4. Förmåga att klara av inre och yttre störningar 2 1.1.5. Enkel kontroll av processen för verksamhetsutövaren 2 2. DRIFTPARAMETRAR FÖR ARV MED AKTIVSLAMPROCESS 3 2.1. Aktivslamprocess med kemisk fällning 3 2.2. BOD 7 - och Kvävereduktion 3 2.3. Kemisk fällning av Fosfor 4 3. DRIFTSTÖRNINGAR: INRE OCH YTTRE PÅVERKAN 4 3.1. Aktivtslam 5 3.1.1. Slamkvalitéer tecken på olika tillstånd i reningsverket 5 3.1.2. Sedimenteringsstörningar 6 Visuell analys: 6 Mikroskopering: 6 Några exempel på slam från mikroskopering: 7 4. DRIFTAVTAL ALTERNATIVT SERVICEAVTAL 8 4.1. Driftavtal med funktionsgaranti 8 4.1.1. Verksamhetsmodell för driftavtal 9 4.1.2. Serviceavtal - produktansvar 10 4.1.3. Felavhjälpning och andra linjens support 10 4.1.4. Verktyg för kontroll av processen 11 4.2. Slutsats 11 5. REFERENSER 11 Sid Copyright Topas Vatten AB
1. DRIFTAVTAL TILL KONSUMENT SOM VERKSAMHETSUTÖVARE Under senaste 10-20 åren har det utvecklats avloppsanläggningar i form av minireningsverk med s.k. aktivslam teknik för rening av avloppsvattnet från hushåll. Det är i stora drag samma teknik som i kommunala reningsverk och kraven på funktion är lika stränga. En avloppsanläggning i kommunal regi har frekvent övervakning och kontroll av både utsläpp och den biologiska och kemiska processen. Eventuella processtekniska problem där, upptäcks på ett tidigt stadium och man kan minimera störningar som slamsvällning, slamflykt och bräddning. Driftavtal är en verksamhetsmodell för att vidmakthålla prestanda hos ett reningsverk där verksamhetsutövaren är en privatperson som inte har någon professionell bakgrund i processteknik och mikrobiologiska processer. Verksamhetsmodellen i ett driftavtal är uppbyggd kring underhållsbesök 4 gånger/år av en tekniker som både sköter tekniskt underhåll av utrustning men också kontroll och felavhjälpning i den kemiska och mikrobiologiska processen. Verksamhetsutövaren ges möjlighet att visuellt kontrollera slamkvalité och larm och kan få hjälp med felavhjälpning antingen via telefonsupport eller på plats av sin servicetekniker. Artikeln får inte uppfattas som en komplett beskrivning av tillstånd i avloppsreningsverk utan är en förenklad version för att förklara och ge en grund i angreppssättet för drift av mindre, privat ägda avloppsreningsverk. 1.1. Viktiga egenskaper hos en anläggning med avloppsreningsverk (ARV) Det finns ett par egenskaper som är viktiga i ett biologiskt reningsverk som använder teknik med aktivtslam. 1.1.1. Projektering och anläggning för en problemfri drift. För en fastighet med ett avloppsreningsverk är det viktigt med noggrann projektering av avloppsanläggningen. Inkommande vatten skall ledas i täta rör. Äldre fastigheter med avloppsrör i betong har ofta problem med inläckage. Detta märktes troligen inte i den gamla avloppsanläggningen som kanske inte var känslig för flödesvariationer. Vid långvarig regnperiod eller snösmältning kan man råka ut för både bräddning och slamflykt. Utsläppet av renat avloppsvatten skall göras så att det inte utgör hygienproblem på fastigheten eller på granntomtens mark och brunnar. 1.1.1.1. Skydd mot restbakterier Det renade vattnet bör släppas ut så att det inte finns risk för att eventuella rester av mikroorganismer såsom, småflockar och kolibakterier, hamnar i: Dricksvattentäckt eller brunn Badstrand Ytliga ansamlingar av vatten Det vanliga sättet är att man anlägger en s.k. polerbädd i form av en markbädd eller infiltration som ger en uppehållstid och därmed en sista biologisk nerbrytning av vattnet. Bäddens dimensioner skall motsvara det dimensionerade dygnsflödet i avloppsanläggningen. Det viktigaste är att den ger ett hygieniskt skydd för dem som vistas i området. Copyright Topas Vatten AB 1
1.1.1.2. Skydd mot bräddning och eventuell slamflykt Reningsverket bör vara utrustat med en funktion som liknar en enkel sedimenteringsbrunn om inflödet överstiger det dimensionerade eller att det inträffar ett funktionsfel i reningsverket. En slamflykt som trots allt kan inträffa i bioprocessen, är det svårare att skydda sig mot. Ett sätt kan vara ett bräddningsskydd i polerbädden som i sin tur mynnar ut i en enkel stenkista eller ytterligare en slambrunn. 1.1.2. Reglering av slammängd Utrustningen skall ha förmåga att reglera koncentrationen av aktivt slam i processtanken oberoende av belastningen och inkommande flöde. Det ständiga överskottet av aktivt slam som bildas måste således flyttas till ett avskilt slamlager. Avsaknad av sådant lager innebär att den biologiska processtanken även måste lagra överskottsslammet. Resultatet blir, för liten koncentration mikroorganismer direkt efter slamtömning och för hög, tiden före tömning. För liten koncentration ger sämre reningseffekt, för stor ger syrebrist/luktproblem och risk för slamflykt. Slamflykt i sin tur ger höga utsläpp av BOD, fosfor och näringsämnen samt igensättningsproblem i en efterpoleringsbädd. 1.1.3. Förmåga att klara av variationer i flöde och koncentration av föroreningar. Spillvatten från hushåll kommer väldigt oregelbundet. Större mängder på förmiddagar och stort sett inget på natten. Många hushåll har också stora badkar och när ett sådant töms motsvarar det nästan hela den dimensionerade dygnsvolymen. Processutrustningen bör klara även sådana variationer utan att det lättflyktiga slammet spolas ut. Vid låg belastning eller ett driftsuppehåll på veckor är det en fördel att processtanken behåller konstant mängd aktivtslam. Mikroorganismerna får då lika mycket syre och får på kort sikt ett stabil tillgång på löst syre. När det gäller belastning av fosfor i ett reningsverk så varierar den i flöde och koncentration. Ett lågt flöde kan ha hög koncentration och högt inflöde kan ha låg d:o. Detta gör det extra svårt att klara av dosering av t ex fällningskemikalier för att uppnå riktigt låga utsläppsvärden. 1.1.4. Förmåga att klara av inre och yttre störningar Anläggningen och även efterpoleringsbädden måste vara utformade så att de kan hantera tillfälliga störningar. Anläggningen skall klara strömavbrott, tillfällig överbelastning, slam som inte sedimenterar (slamflykt) och ha rejäla bräddningsmöjligheter. Det eventuellt bräddade vattnet skall inte skapa sanitär olägenhet på fastigheten eller på grannfastigheten. 1.1.5. Enkel kontroll av processen för verksamhetsutövaren Vissa kontroller bör kunna göras av verksamhetsutövaren mellan de tekniska servicetillfällena. De ofta inbyggda larmen skall naturligtvis uppmärksammas men det är också viktigt att kunna kontrollera det aktiva slammet visuellt. En avvikelse eller störning syns ofta väldigt tydligt. Copyright Topas Vatten AB 2
Det är således viktigt att det på ett enkelt sätt går att kontrollera slammängd men också kvalité på slammet i reningsverket. Mängden av aktivt slam kontrolleras i processen, normal nivå skall vara ca 30% av reaktorvolymen. Man kan också notera att slammet separerar bra och en tydlig klarzon bildas. På bilden till höger kan verksamhetsutövaren enkelt kontrollera att den biologiska processen samt att den så viktiga sedimentationen (klarzon) fungerar. Fig. 1 och 2. Enkel och visuell kontroll av aktivslamprocessen 2. DRIFTPARAMETRAR FÖR ARV MED AKTIVSLAMPROCESS 2.1. Aktivslamprocess med kemisk fällning Aktivslamprocessen med kemisk fällning är idag den vanligast förekommande metoden för rening av avloppsvatten. Metoden är populär för dess enkla och robusta utformning. För att reningsverk med aktivslamprocess skall fungera måste slammet bilda flockar som är stora nog för att sjunka och sedimentera. Genom att flockarna sjunker separerar man slammet från vattnet före utsläpp till recipient. Störningar i detta medför att det bildas flytslam eller grumligt vatten och följden är små slamflockar som följer med ut till utloppet. Samlingsnamnet för detta är slamflykt och det kan vara ett mer eller mindre allvarligt tillstånd. Slamflockars struktur och sammansättning varierar mellan olika anläggningar. 2.2. BOD 7 - och Kvävereduktion BOD 7 och kväve reduceras i aktivslamprocessen. När avloppsvattnet luftas omvandlas kvävet som kommer in i form av *NH 4 med hjälp av bakterier till NO 3. Detta kallas för nitrifiering. För att kvävet skall reduceras krävs det att det nitrifierade avloppsvattnet utsätts för syrebrist d v s anoxisk miljö. Copyright Topas Vatten AB 3
En annan typ av bakterier kan då tillgodogöra sig det syret som är bundet i NO 3 och kvävet bildar då N 2 som är en vanlig gas i atmosfären. Kvävereduktion fungerar sämre under vintern, dvs. när vattnet är kallare. BOD 7 och Ntot, totalkväve testas på ett ackrediterat laboratorium. För hög skyddsnivå krävs det 90 % reduktion av BOD 7 och 50 % av Ntot. *NH 4 är en för växter lättillgänglig form och är utmärkt för gödning men därmed inte önskvärd i att släppa ut i vattendrag. 2.3. Kemisk fällning av Fosfor För mindre avloppsreningsverk är Kemiras PAX 21 eller liknande den vanligaste fällningskemikalien för fosfor. PAX 21 är blandning av främst polyaluminiumsalter med lite inslag av järnsalter och andra kemikalier. Blandningen är gjord för att passa ett brett spektrum av vattenkvalitéer. Om fällningen fungerar dåligt kan man behöva byta fällningskemikalie. Kommunala reningsverk har ofta en optimerad blandning för sitt specifika vatten. Vattnets sammansättning i den egna brunnen kan påverka reduktionen av fosfor. Ptot (totalfosfor) är summan av löst och fast fosfor i vattnet. För att kontrollmäta totalfosforn måste den fasta fosforn lösas upp genom kokning. Att styra fosforreduktion är kanske det mest krävande. Det inkommande vattnet har ett stort spann med avseende på koncentration och därför räcker det inte att dosera kemikalier bara m a p flöde utan även på koncentration av Ptot i avloppsvattnet. För hög skyddsnivå krävs minst 90 % reduktion av Ptot. 3. DRIFTSTÖRNINGAR: INRE OCH YTTRE PÅVERKAN Alla reningsverk drabbas i viss utsträckning av driftstörningar. Problemen kan delas in i yttre och inre störningar. Yttre störningar kan orsakas av exempelvis stora flödes- eller belastningsvariationer eller plötsliga större utsläpp av ämnen som slår ut mikroorganismerna i reningsverket. Inre driftstörningar kan t ex vara dåligt fungerande maskinell utrustning, som resulterar i haverier. Trots att aktivslamprocessen är den mest förkommande, med mycket forskning nerlagt, är faktorer som styr sedimentering dåligt kända. Sedimenteringsstörning är troligen den allvarligaste tillståndet i ett avloppsreningsverk. Copyright Topas Vatten AB 4
3.1. Aktivtslam Aktivt slam består av mikroorganismer samt en större eller mindre del oorganiska partiklar, organiska fibrer och trådformiga bakterier. Helt avgörande för slammets sedimenteringsegenskaper är bakteriernas förmåga att klumpa ihop sig (flockulera). En god flockbildning utgör grunden för en tillfredsställande avskiljning i sedimenteringsfasen. I typisk sammansättning av aktivt slam finns under gynnsamma förhållande mikrodjur som livnär sig på småflockar och frisimmande bakterier. Närvaron av sådana mikroorganismer ger ett väldigt klart vatten. Olika beståndsdelar i aktivt slam så som det kan se ut under mikroskopering. Enkel kontroll av den biologiska processen. Kontroll av sedimeteringsförmågan samt kontroll av klarfasens utseende. Fig. 3 Aktivt slam under mikroskop och visuell kontroll 3.1.1. Slamkvalitéer tecken på olika tillstånd i reningsverket Det aktiva slammet består av encelliga djur och bakterier. Denna kultur av mikroorganismer behöver syresatt vatten och energi (näring) för att fungera bra och bryta ner föroreningar i vattnet. Det allra viktigaste när det gäller slamkvalitén är att slammet sedimenterar och att slammet kan förtjockas. Ett vanligt sätt att kontrollera slammet på kommunala reningsverk är att undersöka slamvolymindex (SVI). SVI metoden används för att beskriva sedimenteringsegenskaper hos slammet. Ett SVI över 150 ml/g är t ex ett tecken på att slammet har sämre sedimenteringsegenskaper. Metoden är för komplicerad för privata användare. Istället kan man utföra ett enkelt prov med t ex ett litermått enligt ovan. Detta ger tillräcklig anvisning om slammets tillstånd och framförallt om processen har alltför hög slamkoncentration och anläggningen är i behov av slamtömning. Copyright Topas Vatten AB 5
3.1.2. Sedimenteringsstörningar Visuell analys: Med hjälp av denna enkla kontroll kan vi nedan beskriva de vanligaste tillstånd och störningar i aktiv slamprocessen. Fig 4 Enkel kontroll av slamkvalité Observation Sedimenteringsproblem Trolig orsak Konsekvens Grumlig klarfas - Små flockar, mikroorganismer förekommer som enskilda celler En klar vattenfas med slam som inte förtjockas bra. Tar lång tid att sedimentera. Fluffigt slam Flytslambildning Skumbildning - Kompakt brunt slam på ytan Mikroskopering: Grumlig klarfas Slamsvällning Slam som flyter upp i klumpar. Tydligt För att kunna vidta lämpliga åtgärder vid störningar av det aktiva slammet, måste man ibland göra en mikroskopering av slammet. Brist på löst O 2 i vattnet. -Kan bero på att vattnets förmåga att få O 2 att lösa upp sig. -För mycket slam i reningsverket. Hög halt av filamentbildande bakterier, som skapar flockar med hålrum. -För mycket slam i reningsverket -Slam som flyter upp p.g.a. kvävgasbildning vid denitrifikation. Skumbildande bakterier t ex Microthrix Luktproblem, Partikelbunden BOD och Fosfor följer med ut från reningsverket. Kan orsaka slamflykt. Risk för slamflykt Stor risk för slamflykt Kräver omedelbar åtgärd. Även kommunala reningsverk har olika slamkvalitéer och utformar sin driftmodell utifrån den lokala behovsbilden. Fig. 5 Mikroskopering av slam Copyright Topas Vatten AB 6
Några exempel på slam från mikroskopering: På följande exempel kan vi se att tillstånden varierar på olika anläggningar. Kompakt bra flock: Ovanligt perfekt Vanlig bild: Bra flockar mikrodjur som tar hand om frisimmande bakterier. Svaga flockar, i detta fall p g a syrebrist. Slamsvällning, farligt tillstånd Slamsvällning/Flytslam som visar det inre i en flock (Microthrix parvicella) Mikrodjur kring en flock. Mikrodjuren äter frisimmande bakterier och ger ett klart vatten. Fig. 6 Olika slamkvalitéer i aktivt slam Copyright Topas Vatten AB 7
4. DRIFTAVTAL ALTERNATIVT SERVICEAVTAL Sedan 2003 har vi arbetat med en verksamhetsmodell som erbjuder verksamhetsutövaren en tjänst som ligger nära en kommunal service. Det innebär att all drift och tekniskt arbete utförs av driftpersonal som är utbildad och arbetar med reningsverk på heltid. Alla anläggningar finns i ett serviceregister som uppdateras via en mobil uppkoppling direkt i samband med servicebesöket. Det innebär att serviceteknikern ser historik och också påminns om det är något som behöver följas upp. Teknikerna har alla anläggningar i ett GPS register och kan enkelt planera och hitta till sitt reningsverk. Både service och driftavtal omfattar också telefonsupport. 4.1. Driftavtal med funktionsgaranti Verksamhetsmodellen i driftavtal bygger på att all teknisk drift utförs av personal med utbildning i produkten och i processteknik. Service och kontroll görs 4 gånger/år. Fastighetsägaren utför endast en visuell kontroll av klarzonen och slamkvalité. Kontrollen eller som vi kallar den Tillsyn är enkel och kräver inte tekniskt kunnande. Skulle en störning uppstå kontaktar verksamhetsutövaren driftorganisationen och får inom 24 tim hjälp med felsökning. För komplexa störningar eskaleras problemställningar till andra linjens support. En annan fördel med verksamhetsmodellen är att organisationen snabbt hittar systemfel som återkopplas till utvecklingsarbetet. Topas Vatten har arbetat med driftavtal sedan 2003, och har på detta sätt fått en hög tillförlitlighet och kontroll på alla avloppsanläggningar som är levererade. Anläggningarna finns dokumenterade i en databas med mobil access och alla status efter alla besök dokumenteras av driftteknikerna. Verksamhetsutövaren som tecknar driftavtal garanteras funktion och godkända provresultat efter myndighetens krav. Copyright Topas Vatten AB 8
4.1.1. Verksamhetsmodell för driftavtal Förutom underhåll av utrustning med byte av slitdelar och påfyllning av kemikalier ingår följande arbeten som är kritiska för att kunna uppnå funktion och den reningsgrad som finns i tillståndet för anläggningen. Teknikerna kontrollerar och åtgärdar bl.a. följande: Tekniskt underhåll av avloppsanläggning Fosforinnehåll på renat vatten Slamkvalité och mängd Slamtömning UV lampa (om sådan finns) Kontroll av Fosforfälla (om sådan finns) Provtagning Rengörning av ingående delar, byte av slitdelar och liknande. Teknikern kontrollerar och justerar dosering av fällningskemikalier Kontroll av slamkvalité och mängd slam i reningsverket. De små reningsverken har som regel slamavvattnare för lokalt slamomhändertagande. Teknikerna hjälper till med hanteringen. Funktionskontroll ev. byte Funktionskontroll och initiativ till byte. Vid behov ombesörjer teknikerna bytet. Prov tas och lämnas till ackrediterat lab. Resultat meddelas till verksamhetsutövaren och den lokala tillsynsmyndigheten. Mätning av fosforinnehåll i fält med ortofosfatmätare. Metoden används vid intrimning av kemikaliers dosering på reningsverk samt kontroll under drift. På Topasanläggningar är det utgående vattnet är filtrerat med ett sandfilter. Efter filtret är det bara den lösta fosforn kvar. Detta möjliggör kontroll i fält med en Ortofosfatmätare. Mätresultatet som man får i fält stämmer sedan väl med Ptot som utförs av ett ackrediterat lab. Det är sällan som en fabriksinställning stämmer med den verkliga belastningen. Med fältkontroll kan man både spara in på kemikalier alt. öka doseringen för att kompensera en hög belastning. Fig. 7 Mätning av reningsresultatet med avseende på fosfor Copyright Topas Vatten AB 9
4.1.2. Serviceavtal - produktansvar Serviceavtalet är den enklaste avtalsformen för teknisk tillsyn och underhåll. I detta fall måste verksamhetsutövaren lägga ett större engagemang och kunskap i skötseln av anläggningen. Övervakning av processen hamnar helt och hållet på verksamhetsutövaren. Funktionsgaranti blir svårare att uppnå då det kan vara svårt att veta i vilket skick reningsverket är när serviceteknikern kommer och skall ta prover. Inställningen för kemikaliedoseringen kan behöva justering och för detta krävs att verksamhetsutövaren innehar och kan hantera en fosformätare. Slamkvalitén och mängden slam är också ett frågetecken efter 12 månader drift. 4.1.3. Felavhjälpning och andra linjens support Felavhjälpning kan ibland ske på telefon men kan också innebära en utryckning vid mer kritiska tillstånd. Löst O 2 i avloppsvattnet: För att klara att felsöka den biologiska processen används också s.k. Löst O 2 - instrument. Ett sådant instrument används för att kontrollera om det finns tillgängligt syre löst i vattnet. Det är endast det lösta syret (O 2 ) som bakterierna kan tillgodogöra sig. En yttre störning kan vara att vattnets beskaffenhet är sådant att verkningsgraden för syreöverföringen (s.k. alfafaktor) är låg och den biologiska processen kan vara försämrad eller i stort sett utebli. Orsak till detta kan vara att vattnet innehåller stor andel av fettsyror, brunnsvattnets kemiska sammansättning, tvättmedel m m. Forskning kring detta pågår och symptomen finns även på kommunala reningsverk. Ett första tecken är grumlig klarfas och även lukt. Mikroskopering av avloppsslam: Används när man misstänker slamsvällning eller andra sedimenteringsproblem. Mikroskoperingen ger en bättre analys till ett åtgärdsprogram. Det är framförallt för att kunna påverka de yttre omständigheterna. Andra linjens support: Vid behov kan serviceteknikerna eskalera svårare problem dels inom den egna serviceorganisationen men också till en processtekniker. Kontroll av löst O 2 i den biologiska processen. Denna kontroll görs när man misstänker syrebrist i processen. Detta kan bero på vattnets egenskaper eller att vattnet innehåller fettsyror eller liknande som försämrar syrets O 2 förmåga att lösa sig i vattnet. Första tecknet på detta är att klarfasen är grumlig och luktproblem. Ofta behöver man komplettera mätningen med en mikroskopering. Fig. 8 Kontroll av löst O 2 i den biologiska processen. Copyright Topas Vatten AB 10
4.1.4. Verktyg för kontroll av processen En funktionskontroll av ett avloppsreningsverk kräver således följande verktyg: Ortofosfatmätare Mätinstrument som mäter den i vattnet lösta fosforn.* Löst O 2 mätare Mätinstrument som mäter det lösta O 2 innehållet i processvattnet. ph indikator ph mätare eller indikatorpapper. Genomskinlig behållare För kontroll av slamkvalité och mängd. Första indikation på sedimenteringsproblem. Mikroskop Undersökning av den mikrobiologiska sammansättningen i avloppsslammet. * För att mäta totalfosfor, måste man koka provet för att lösa upp den fasta fosforn. I Topas ARV är det utgående vattnet filtrerat med sandfilter och vi mäter således endast den lösta fosfor som då motsvarar totalfosfor. 4.2. Slutsats Det finns både faktiska och mjuka värden i tjänsten driftavtal Det faktiska värdet är att vi upptäcker problem och kan hjälpa till att lösa dem. Det är inte alltid fel på avloppsreningsverket och problemen orsakas av yttre störningar. Det viktiga är ändå att det går att felsöka avloppsanläggningen och föreslå åtgärder. Ingen vill ha en avloppsanläggning som inte fungerar. Som leverantör kan vi tryggt leverera önskat reningsresultat uppsatt av den lokala tillsynsmyndigheten. Verksamhetsutövaren får hjälp i att fullfölja sitt ansvar för avloppsanläggningens prestanda och funktion. De mjuka fördelarna är att verksamhetsutövaren känner en trygghet i sin avloppsanläggning utan ett allt för stort engagemang. Det är enkelt att ringa supporten och man känner sin tekniker. Det har resulterat i att kunden får ett naturligt intresse för anläggningen och successivt växer in i rollen som verksamhetsutövare. Det intressanta är att även de som från början visat litet intresse för anläggningen bygger successivt upp kunskap och får därmed ett större engagemang. 5. REFERENSER 1. Ternström, Anders AnoxKaldnes, Lund 2. Bøgh,Anna-Marie Trådformiga bakterier och slamflockens uppbyggnad, Kemira Copyright Topas Vatten AB 11