Projektrapport 3 Mikrobiologi och Reningsteknik 1 Projektgrupp Öst 1
Förord Vi är en grupp studenter som går på Vatten- och miljöutbildningen i Hallsberg, nu har vi gjort vårt tredje projekt som inbegriper huvudmoment inom Mikrobiologi och Reningsteknik 1, med en fallbeskrivning för båda huvudmomenten. I den här rapporten ska vi beskriva dessa områden tydligt och konkret. Under 10 veckor har gruppen tagit fram information och fakta om vad mikrobiologi är, samt vad det finns för olika processer i ett reningsverk och dess funktioner. Gruppen har sammanställt och tagit del av varandras arbete för att få rapporten komplett. Vi vill tacka Anna Berggren för det stöd och all feedback hon gett oss i vårt arbete. Angelina Vaganova, Bert Helgen, Taoufik Massiri, Per Karlsson 2
Innehållsförteckning Innehållsförteckning... 3 Sammanfattning... 6 Syfte... 6 Metod... 6 Uppgift 1... 7 Dimensionering av reningsverket... 7 Allmänt... 7 Q dim... 7 Q medel... 7 Sandfång volym... 7 Försedimentering Area... 7 Bio.steg volym (slambelastning)... 7 Slambehandling... 8 Förtjockning... 8 Rötning... 8 Mekanisk rening... 9 Allmänt... 9 Galler och silar... 9 Vrakgaller... 9 Grovgaller... 9 Fingaller... 10 Silar... 10 Mikrosilar... 10 Rensgodshantering... 10 Sandfång... 11 Försedimentering... 11 Biologisk rening... 12 Reningsprocess... 12 Utformning av den biologiska bädden... 12 Cirkulationspumpning... 13 Ventilation... 13 Väggar, filterbotten och bottenplatta... 13 Suspenderade bärare- suspenderade biofilmsteknik... 13 Biorotorer... 13 Biologisk kväveavskiljning... 14 3
Biologisk fosforavskiljning... 15 Kemisk rening... 16 Försedimentering... 16 Slambehandling... 17 Kemisk fällning... 17 Reningsprincip... 17 Utformning av olika fällningsförfaranden... 18 Direktfällning... 18 Förfällning... 18 Simultanfällning... 19 Efterfällning... 19 Slambehandling... 20 Förtjockning... 20 Stabilisering... 21 Kompostering/slamluftning... 21 Vassbäddar... 21 Rötning... 21 Avvattning... 22 Processchema... 23 Provtagningsschema... 24 Kontrollparametrar och kontrollmetoder... 24 Behandlat vatten... 24 Inkommande vatten... 27 Desinfektion... 28 Instrument... 28 Rensgaller... 28 Sandbehandlare (sandtvätt)... 28 Rensgodstvätt... 28 Slamförtjockning... 29 Polymerutrustning... 29 Avvattningsutrustning... 29 Blåsteknik... 29 ph/orp mätare... 29 Konduktivitet/turbiditets mätare... 29 Driftstörningar... 30 Grovrening... 30 Sedimentering... 30 4
Flotation... 31 Efterbehandling... 31 Kemisk fällning... 32 Kontaktfilter... 32 Drift av kemiskfällning... 33 Vanligaste förekommande sedimenteringsproblemen... 33 Biologiska bäddar... 34 Uppgift 2... 35 Bestämning av mikroorganismer... 35 Bakterier... 36 Heterotrofa bakterier... 36 Bakteriers näringsbehov... 37 Bakteriers uppbyggnad... 37 Arkaer... 38 Virus... 39 Alger... 39 Mikrosvamp... 41 Mikroorganismers levnadsbetingelser... 42 Energi och näring... 42 Syrepåverkan... 43 Temperaturpåverkan... 44 ph inverkan... 44 Driftstörningar... 45 Bilagor... 46 Bilaga 1... 46 Källor... 47 5
Sammanfattning Med vår rapport har vi redovisat en fallbeskrivning för två sammanslagna huvudmomenten, Mikrobiologi/reningsteknik 1. I delmomentet mikrobiologi har vi beskrivit om de mikroorganismer som finns i ett reningsverk, hur de har kommit dit, vad för funktion de har, hur de överlever samt de driftstörningar de kan orsaka. I delmomentet reningsteknik har vi dimensionerat utifrån 10 000pe ett reningsverk och dess processer, processchema, provtagningsschema och driftstörningar. Syfte Syftet för projektet var att göra en rapport av dessa sammanslagna huvudmoment Mikrobiologi/Reningsteknik 1för att få kunskap inom dessa områden och vad som händer i processerna för att få ett renat avloppsvatten. Syftet är även att visa att vi kan samarbeta och lära oss att arbeta enligt PBL (Problem Baserat Lärande). Metod Vi har använt oss av litteratur samt Internet för att få fram information. VAV s publikationer och diskussioner inom gruppen har varit en viktig för att tillföra projektet kontinuerligt arbete, dels för att vi jobbar enligt PBL, dels för att vi har stött på enskilda problem som är svåra att lösa självständigt. 6
Uppgift 1 Ni är driftsansvariga på kommunens avloppsreningsverk och kommer inom kort att anställa två nyutexaminerade driftstekniker till reningsverket. För att underlätta för de nya medarbetarna bestämmer ni er för att upprätta en drift- och skötselinstruktion för anläggningen. Dimensionering av reningsverket Allmänt Dimensionering av reningsverket är baserat på en anslutning av 10 000pe varav 8000pe från hushåll samt 2000pe från industri och man räknar på dränvatten på det totala 10 000pe. Verket är dimensionerat för en belastning av 212,5m 3 /h (Q dim ) och 3500m 3 /h (Q medel ). Uträkningen är baserad på hushållsbelastning enligt tabell (200l pe, 16h/d) och industribelastning går under arbetstid cirka åtta timmar (200l pe, 8h/d). Med i beräkningen finns också dränvatten (150l pe, 24h/d) Q dim 200l x 8000pe 16 + 200l x 2000pe 8 + 150l x 10000pe 24 1000 = 212,5m 3 /h Q medel 200 x 8000 + 200 x 2000 + 150 x 10000 1000 = 3500m 3 /d Sandfång volym Formel som används; T upp = V Q Vi gör om formeln till; V = Q x T Volymen av sandfånget blir då; V = 0,333h x 215,5m 3 /h = 71 m 3 Försedimentering Area Formel som används; Y = Q A Vi gör om formeln till; A = Q Y Arean blir då; A = 212,5m 3 1m/h = 212,5 m 2 Bio.steg volym (slambelastning) Vi har valt att räkna på en normalbelastad/konventionell aktivslamanläggning. Vilket innebär att vi valde en slambelastning på verket 0,4kg BOD 7 /SS. Formel som används; F = Q medel x BOD in V x SS medel Vi gör om formeln till; V = Q medel x BOD in SS medel x F Volymen blir då; V = 3500m 3 /d x 0,14kg/m 3 0,4kg/d x 4kg/m 3 = 306,25 m 3 7
Slambehandling Beräkning av överskottsslam. Vi använder oss av rekommenderade tabellvärden i beräkningen där vi inte känner till värdet. Formel som används; Q ösk = ((( V x SS m ) Å (Q ut x SS ut )) SS ösk Vi vänder formeln; (((V x SS m ) Å (Q ut x SS ut )) SS ösk = Q ösk Överskottsslammet blir; (((306,35 x 4) 10) - (3500 x 0,02)) 5= 10,5 m 3 /d Förtjockning Formel som används; TS - belastning = Q x TS i x 10/A ger kg TS/m 2,h Vi gör om formeln till; A = (Q x TS i x 10)/TS belastning Förtjockningen blir då; A = 8,33 x 0,5 x 10 5 = 8,33 m 2 Rötning Formel; Organiskbelastning (BOD 7 ) = QS x TS i x GF 10 x V ger kg GFm 3 /d Vi gör om formeln till; V = QS x TS i x GF 10 x BOD 7 Rötningen blir då; V = 20 x 5 x 65 10 x 2 = 325m 3 8
Mekanisk rening Allmänt En viktig roll som reningsverk har är att rena vårt avloppsvatten från näringsämnena så som organisk material och fosfor. Obehandlade organiska ämnena kan orsaka syrebrist och fosfor bidrar till övergödning i sjöar och vattendrag eftersom dessa material kräver syre för att brytas ner. Anläggningen på reningsverket har fyra steg, mekanisk, biologiskt, kemisk rening samt filtrering och krav på kväverening. Dessutom finns utrustning för avvattning av slam och rötkammare. Reningen av avloppsvatten börjar alltid med en mekanisk rening vilken sker i två steg. I det första steget skall avskiljas allt grov förorening så som sten, träbitar, trasor, hår, plast och annat skräp med hjälp av olika typer galler eller silar. Sedan skall avskiljas tunga partiklar (sand, kaffesump) i en sandfångsbassäng. I det andra behandlings steg avskiljs partiklar av organiskt material med hjälp av försedimentering eller flotation. Syften med mekanisk rening är att avskilja grövre material som kan störa efterföljande behandlingssteg och skydda utrustningen, pumparna, på reningsverket. Vid grovrening dimensioneras den grov förorening som tillförs per tidsenhet och det är tillverkaren av galler och silar bestämmer dimensioneringen. Galler och silar skall kunna hantera maximal tillrinning till reningsverket. Galler och silar Det finns tre olika typer galler, vrakgaller, grovgaller och fingaller samt två typer av silar så som vanliga silar och mikrosilar. Det finns ingen principiell skillnad mellan galler och silar. Öppningen i ett galler är en spalt medan i en sil är ett hål eller öppningen i ett masknät. Vrakgaller Vrakgaller används för att skydda pumpar och finare galler mot största föremålen så som plankor, sten och liknande material samt kan fånga en del trasor, papper och därför måste handrengöras. Dessa galler har stor spaltvidd, 50-100 mm. Grovgaller Grovgaller är spaltvidd 10-20 mm och används för att avskilja den föremål som är större än gallers diameter. Galler är placerad i avloppsvattenkanalen och består av ett antal parallella stående stålstavar vilka är infästa i en ramkonstruktion. Konstruktionen lutar 60-70 grader mot horisontalplanet. Avloppsvattens hastighet bör inte vara högre än 1m/s, för att trasor skall inte följer med genom gallret, och bör inte vara mindre än 0,6m/s för att förhindra avsättningen. 9
Grovgallret är alltid maskinrensade, en krattliknande skrapanordning med tänder som passar in mellan gallrets spalter sänks ned i kanalen. Skrapan styrs med vissa tidsintervall eller startas den av en differens i vattennivå före och efter gallret. När skrapan dras upp följer alt stort skräp med. Fingaller Spaltvidden på fingaller är mindre än 10mm för att den kan avskilja även fekalierester men håller kvar suspenderat bärarmaterial vid biologisk rening med biofilmprocesser. Det finns olika konstruktioner av fingaller, t.ex. steggallret. Denna konstruktion består av två paket med trappformade stavar. Den ena paketet rör sig i en cirkelrörelse samtidigt som det är parallellt med den andra stationära. Materialet som fastnar på gallret förs upp ur kanalen trappsteg för trappsteg. Silar Silars håldiameter är 0,5-3 mm och är ett alternativ till fingaller. Silen består av en sakta roterande trumma. Avloppsvattnet silas och rensgodset stannar kvar sedan matas den bort med en transportanordning. Vattennivån kan stiga i trumman och vatten följer med rensgodset, därför en trumsil utrustad med en bräddanordning. Silens öppningar hålls öppna genom spolning och roterande borstar. Det också ger möjlighet att spola öppningarna med varmt vatten eftersom dessa kan tätas av fett. Vid spolningen bildas aerosoler därför silen bör vara inkapslad. fig.1 Mikrosilar Mikrosilar är maskvidda 0,01-0,1 mm används för slutavskiljning av flockar och för bräddvattenrening. Rensgodshantering Rensgodset, materialet som avskiljs vid galler och silar för obehandlat avloppsvatten, har hög vattenhalt, ohygieniskt och luktar illa. Mängden av rensgods beror till stor del på dess vattenhalt därför dräneras slammet först. Sedan rensas rensgodset och skickas till förbränning. Dessa kan också mals sönder i en renskvarn och förs tillbaka till avloppsvattnet igen. Efter grovgallret tillsätts järnsulfat i vattnet som gör att löst fosfor övergår till en fast form och bildar flockar som sedan kan avskiljas i försedimenteringen. 10
Sandfång Efter grovgallret leds avloppsvattnet till ett luftat sandfång. fig.2 Sandfånget består av en kanal där luft blåses in längs kanalens ena sida. Där tas tyngre partiklar bort så som kaffesump och sand för att dessa ger slitage på utrustningen och kan avlagras i transportkanaler. I ett luftat sandfånget avskiljs sand samtidigt luftningen förhindrar slam som innehåller organiska partiklar från att sedimentera, dessa skall avskiljas i försedimenteringen. Sandfånget kan också avskilja fettet med hjälp av en längsgående skrämvägg som bromsar vattnets rotation vid ytan. För att ta upp sedimenterad sand används en skrapanordning som flyttar avsatt sand till en fick i botten varifrån det pumpas. Det kan användas en dränkt pump monterade på en traversanordning som går fram och tillbaka längs sandfånget. Fettet avskiljs med hjälp av dekanteringsanordning. Den avskiljda sanden luktar ofta illa och därför tvättas ren från organiskt innehåll i en sandtvätt och återanvänds inom reningsverket. I slutet av sandfånget finns tre stycken fingaller med 2mm spaltvidd där tas bort textil, papper och en hel del organiskt material för att finfördela detta. Det renset och organiska materialet från sandtvätten återförs till avloppsvattnet för försedimentering. Försedimentering Försedimenteringen följer efter grovrening där avskiljs partiklar av organiskt material och flytande material som fett. Syftet med försedimenteringen är ta bort material som kan slita eller sätta igen utrustningen och skall minska belastningen samt driftproblem i efterföljande reningssteg. Avloppsvatten sakta strömmar i försedimenterings bassäng där alla partiklar med högre densitet än vatten sjunker till botten och partiklar med lägre densitet samlas på ytan. Slammet som samlas på ytan (flytslam) skrapas och körs vidare till slambehandlingen. Mekaniskt slam, som har sjunkit till botten, samlas med hjälp av skrapanordningar till en slamficka i bassängen, från den pumpas det till slambehandlingen. 11
Vid försedimentering avskiljs ca 50-70 % suspenderad substans eftersom en del partiklar har låg sjunkhastighet att de inte hinner sjunka till botten. Många partiklar är så små att dessa kan avskiljas bara med hjälp av kemikalier. Därför avskiljningen av organiskt material (BOD) kan inte bli större än ca 30 % och av fosfor och kväve blir oftast på 10-15%. Biologisk rening Vid biologisk rening koncentreras föroreningar i avloppsvatten. I ett reningsverk är mikroorganismer som t.ex. bakterier, svampar och protozoer som kan bryta ned olika ämnen med hjälp av levande organismer. Den viktigaste processen är aerob nedbrytning (mikroorganismerna behöver vid nedbrytningen tillgång till fritt syre) av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. Anaerob nedbrytning (nedbrytning sker vid frånvaro av fritt syre) av organiska kolföreningar till koldioxid, metan, vatten. Den utnyttjas ibland för behandling av ett avloppsvatten som innehåller höga halter organiskt material. Två biologiska processer som under senare år fått större betydelse är nitrifikation och denitrifikation. De utnyttjas för att omvandla kväveföreningar för att minska belastningen av kväve till vattenområde. Biologiska behandlingsprocesser kan ske, där mikroorganismerna befinner sig i suspenderad form i t.ex. dammar eller bassänger eller i system där mikroorganismerna bildar en biologisk film på ett bärarmaterial med en plaststruktur eller en stenbädd. Reningsprocess En biomassa som bildas av mikroorganismernas tillväxt på ytan kallas biofilm. Biofilmen är en gelatinös hinna som innehåller bland annat bakterier, svampar, protozoer, alger. Mikroorganismerna förekommer i avloppsvatten och bygger upp beläggningen på ytorna inom två till tre veckor. Biofilmen adsorberar svävande slampartiklar i avloppsvattnet. Syre och näringsämnena rör sig in i biofilmen eftersom koncentration av syre och näringsämnena är högre i avloppsvatten än inne i biofilmen. I biobädden faller vattnet fritt från en spridare ned på bäddmaterialet, då vattnet därefter droppar ned genom bädden i kontakt med luften som strömmar hålrum uppåt och neråt. I biofilmsystem tillsätts luften till avloppsvatten genom bottenmonterade grovblåsniga luftningsanordningar, vilket gör att bärarna håller svävande. I biobäddens kapacitet avgörs framför allt av hur stor yta som biofilmen kan växa, där sker reningsprocessen snabbast i bäddens översta skikt. Det sker således en transport nedåt genom bädden. Utformning av den biologiska bädden Bäddmaterialet utgörs av sten (makadam) eller av plastmaterial med stor specifik yta. Bäddhöjden uppgår i regel till 3-4 m. Bädden utrustas med fläktar ifall att den naturliga luftningen tillfälligtvis skulle bli otillräcklig. Den lågbelastade bädden byggs i stort sett på samma sätt som högbelastade. 12
Cirkulationspumpning För att höja reningseffekt har man vid högbelastade bäddar infört cirkulationspumpning av behandlat avloppsvatten, det innebär att bädden beskickas med en större avloppsvattenmängd. Genom cirkulationspumpningen uppnås följande fördelar: En konstant hydraulisk belastning på bädden kan upprätthållas och en bortspolning av påväxt slam. Hela biofilmen hålls med större sannolikhet alltid fuktig Risken för obehagliga lukter minskas genom att avloppsvattnet syresätts Olägenheter med flugor minskar. Pumpkapaciteten bör alltid hållas uppe för att hindra igensättning av bädden. För att minska risken för igensättning fordras att slamtillväxten lämnar bädden. Ventilation I väl ventilerade bäddar erhålls en tillfredsställande naturlig ventilation genom temperaturskillnaden mellan luft och avloppsvatten. Dygnsvariationerna i lufttemperaturen kan vålla uppåtgående drag nattetid. Den naturliga ventilationen är i regel tillräcklig vid öppen bädd, däremot en mekanisk ventilation införs så fort bädden överbyggs. För att kombinera syresättning och luktreduktion, det är att använda illaluktande ventilationsluft från avloppsanläggningen för att syresätta biobädden. Vid låga temperaturen minskar nämligen mikroorganismernas aktivitet, luftgenomströmningen får dock inte bli så liten att syrebrist uppstår i bädden. Väggar, filterbotten och bottenplatta Biologiska bäddar utförs med väggar av armerad betong, avloppsvattnets fördelning över bädd ytan kan ske med roterande spridare. Filterbotten erhåller filtermediet och låta vattnet och slammet rinna igenom, Utformningen skall även gynna jämn distribution av luft under biobädden. Bottenplattan utformas med fall för att samla upp avloppsvatten och slam från biobädden. Lutningen av bottenplatta och rännor skall vara stor att ingen upplagring av slam sker. Suspenderade bärare- suspenderade biofilmsteknik Med suspenderade bärare finns i ett flertals olika modeller. De består av extruderad HDpolyetylen men en densitet på 0,96-0,98g/cm. De leds avloppsvattnet kontinuerligt in till en reaktor med 1-5 cm stora bärare. De håller ständig rörelse och ger mikroorganismerna syre. Bärarna låter det renade vattnet och slam passera. Suspenderade bärare klara av även extrema belastningar på 200 kg COD per kubik m reaktorvolym och dygn. Biorotorer Det en vertikalt monterade skivor i plast vilka till 40 % är nedsänkta i avloppsvatten. Organiska föroreningar i avloppsvattnet bryts ned av de mikroorganismer som växer på skivor. Skivdiametern kan uppgå till 3,5 m. de är känsliga för igensättning och avloppsvattnet bör därför förbehandlas. 13
Biologisk kväveavskiljning Kvävet i det kommunala avloppsvatten finns framförallt som ammoniumjoner eller ämnen som bryts ned till ammonium (urinämne, proteiner m.m.). I industriella avloppsvattensammanhang kan kvävet förekomma i andra former. Det finns olika metoder för att avskilja ett avloppsvatten innehåll av kväveföreningar, bl.a. ammoniakavdrivning, jonbyte, kemiskfällning, och biologisk kvävereduktion. Ammoniakavdrivning innebär att man höjer avloppsvattens ph med kalk så att kvävet i avloppsvattnet föreligger i form av ammoniak. Sedan överförs ammoniaken från avloppsvatten till atmosfären. Det finns biologiska processer som kan användas för att reducera ett avloppsvattens kväveinnehåll. Assimilation innebär att olika organismer binder in kväve i sina celler. Mikroorganismerna har här bundit in assimilerat kväve i sina celler. Denna kväveavskiljning är dock mycket begränsad; 10-20 % av kväveinnehåll avskiljs. Assimilation kan också utnyttjas genom att man låter olika växter och alger ta upp kväve från avloppsvatten i speciellt utformade dammar/konstgjorda våtmarker. Den biologiska kvävereduktionsmetoden är utnyttjande av nitrifikation och denitrifikation. Här utnyttjas nitrifikationsbakterier (nitrosomonas och nitrobacter) och denitrifikationbakterier för omvandling av kvävet först till nitrat och sedan till kvävgas. Processen behöver ske i två steg eftersom kvävet utgörs av ammonium. Nitrifikations bakterierna tillväxt är mycket långsamt. För att få nitrifikationsprocessen att fungera behöver man därför ha ett bioslam med högslamålder för att mängden nitrifikationsbakterier blir tillräckligt stort. Slamålder har ett kraftigt beroende av temperaturen. Vid en vattentemperatur på 15 o C har man en stabil nitrifikation med en slamålder på sex dygn. Vid temperaturen 5 o C krävs en slamålder på cirka 20 dygn. fig.7 14
För denitrifikation krävs syrgasfria förhållanden, även krävs tillgång på nedbrytbar organisk substans. Vid denitrifikation utnyttjas syre som kemisk bundet i nitrat för oxidationen av den organiska substansen. Processen är en anoxisk biologisk process. Visa lågbelastade reningsverk med långa uppehållstider kan dock ha en relativt hög kvävereduktion (ca 60-70 %) på grund av att luftningsbassängen har vissa zoner som är syrerika och andra zoner som är syrefattiga. Om halten organiskt material i avloppsvattnet inte är för hög behöver man ej ha ett separat steg för nitrifikation utan man kan genomföra nitrifikationen i aktivslamanläggningens luftbassäng. För genomförande av denitrifikationen behöver man tillföra en lättnedbrytbar kolkälla, t.ex. metanol. Det finns två olika processvarianter för biologisk kvävereduktion, efterdenitrifikation, fördenitrifikation, där bygger på användning av konventionella aktivslamanläggningar. Denna process ger extra god kväveavskiljning. Jämför man processer med efterdenitrifikation med processer med fördenitrifikation finns både för- och nackdelar. Efterdenitrifikationsprocesser ger klart bättre kvävereduktion men nackdelen är att man behöver tillföra lättnedbrytbart organiskt material, t.ex. metanol. Vid fördenitrifikation kommer en del av avloppsvattnets innehåll av organiskt material att förbrukas, vilket medför besparing i luftningskostnader. Biologisk fosforavskiljning Den traditionella processen som används vid avskiljning av fosfor i ett avloppsvatten är kemisk utfällningen, men det finns idag möjlighet för att avskilja fosfor i avloppsvatten med hjälp av mikroorganismer. En viss fosforavskiljning sker i ett biologiskt reningsverk. Mikroorganismerna har assimilerat fosfor i sina celler. Avloppsvattnets fosforinnehåll är dock begränsat med 20-30 %. För att få en högre fosforavskiljning kan man utnyttja att vissa mikroorganismer (Acinetobakter) har förmåga att inlagra betydligt större mängder fosfor i sina celler. Processutformning består av två delsteg, i det första steget som är anaerobt dvs. det finns inte syre i form av syregas, då kan Acinetobakterna ta upp organiskt material i vattnet genom att utnyttja lagrad energirika fosforföreningar. Detta processteg fungerar således som en selektor för Acinetobakterna. I steg två som är aerobt dvs. tar Acinetobakterna upp stora mängder fosfor och lagrar fosforn i sina celler som energirika polyfosfatföreningar. Tekniken med biologisk fosforavskiljning är intressant av flera skäl. Med detta kan man minska kostnaderna för fällningskemikalier i den efterföljande kemiskt reningen. Vid biologisk fosforavskiljning får man vidare ett mycket näringsrikt slam. 15
Kemisk rening Vid rening av avloppsvatten har sedan länge använts kemisk fällning. Anledningarna till varför har främst varit följande. Minska utgående vattens innehåll av fosfor Mängden syreförbrukande material (BOD 7 ) skulle också minskas mer än vad mekanisk rening kan uppnå. Föroreningsbelastningen minskas på efterföljande biologiska reningssteg, (främst BOD 7 ). Gifter från industriella spillvatten och dess påverkan på efterföljande biologiska reningsprocess skulle också minskas. Huvudskälet till kemiskrening i kommunal avloppsrening är för att avlägsna fosfor. På köpet minskas t.ex. bakterier och organiskt material, vilket också är av stor vikt. En betydande del av metaller i avloppsvattnet avlägsnas vid kemisk fällning vilket är positivt, avlägsnade metaller hamnar i slammet. Den fosfor som förekommer i avloppsvattnet har följande former; Organiskt bunden fosfor Oorganiskt fosfor - Polyfosfat - Ortofosfat Polyfosfater i avloppsvatten bryts efterhand ned till ortofosfat. Den oganiskt bundna fosforn i form av ortofosfat frigörs vid biologisk rening. Ortofosfat kan uppträda beroende av phvärdet i olika former. I följande ph-områden dominerar det olika formerna av ortofosfat; ph under 2,1 fosforsyra H 3 PO 4 ph 2,1 7,2 divätefosfatjon H 2 PO 4 - ph 7,2 12,3 vätefosfatjon HPO 4 2- ph över 12,3 fosfatjon PO 4 3- Lågt ph innebär att avloppsvatten innehåller höga vätejonhalter och högt ph låga vätejonhalter. Innehållet av vätejoner i avloppsvatten mäts följaktligen av vilket ph vattnet har dvs. surhetsgraden. Försedimentering I försedimenteringen avlägsnas med primärslammet den fosfor som förekommer bunden i avsättbara fasta partiklar. På detta sätt är det vanligen cirka 10-25% som tas bort av den inkommande fosformängden. 16
Slambehandling Eventuell stabilisering (rötning eller luftning) av primärslam och bioslam, en viss del av den avskiljda fosformängden frigörs i samband med att organiskt material bryts ned. Kemisk fällning En effektiv reduktion av fosforhalten I avloppsvatten åstadkoms vid kemisk fällning. Ortofosfat bildar järn- eller aluminiumfosfater tillsammans med järn eller aluminiumsalter. Dessa bildar fosfatpartiklar i vattnet och är svårlösliga fosfater. Metallhydroxider bildas också av järn och aluminiumsalterna, i form av flockar, där fosfatpartiklarna kan fästa vid ytan. Beroende på vilket fällningsförfarande och fällningsmedel som utnyttjas vid kemisk fällning uppgår fosforreduktionen till mellan 80-95%, aluminium (Al 3+ ) och järn (Fe 3+ ) tillhör de vanligaste metallsalter man använder vid fällning (se bilaga1). Reningsprincip Fällningsmedel tillsätts vid kemisk rening av kommunalt avloppsvatten, tre processer äger rum: fosfatutfällning, partikelfällning och hydroxidfällning (svepkoagulering). Reaktionerna bildar slamflockar, dessa binder den utfällda fosforn i form av ortofosfat. Flockar bildas av små ihop slagna partiklar. Den bildade hydroxidfällningen verkar som ett effektivt nät som sveper in föroreningarna under tiden det sedimenterar. Förutom bildningen av svårlösliga föreningar (fällningar) spelar adsorption av lösta ämnen en betydande roll. Olika metallsalter kan avvändas som flockningsmedel, metalljonen måsta ha förmåga att bilda olösliga föreningar med ortofosfat och gelatinösa hydroxidfällningar. T.ex. tre värda järnjoner (Fe 3+ ) och tre värda aluminiumjoner (Al 3+ ). Även två värda järnjoner (Fe 2+ ) och kalciumjoner (Ca 2+ ) bildar olösliga fosfatfällningar men saknar flockbildande hydroxidfällningar. Med dessa måste flockbildningen anordnas på annat sätt. Det fodras att en mängd tvåvärt järn oxideras till trevärda joner med förmåga att bilda en hydroxidfällning. Kalcium däremot fordrar en samtida utfällning av kalciumkarbonat och magnesiumhydroxid som flockbildare. Flockbildningen är också beroende av ph-värdet i flockningsbassängen, det måste hålla ett värde där inte kemikalierna inte löses upp, vilket är risken med för högt/låg ph. Varje fällning har sitt ph-värde för sin lägsta löslighet. Andra ämnen i avloppsvattnet kan påverka förhållanden så att lägsta löslighet för ett ph-värde vid fällning förskjuts något. Utfällningsreaktionerna när metallfosfat bildas och partiklarna neutraliseras sker relativt snabbt, oftast mindre än en sekund. Sen reagerar fällningskemikalien med vatten och bildar hydroxidflockar, bildningen av flockarna tar mellan en och sju sekunder. Snabb inblandning av fällningskemikalien är ett måste, installation av utrustning som hjälper till med inblandning kan behövas. Skapandet av en turbulent zon kan vara en annan lösning för att snabb inblandning. Bildandet av flockar är långsammare än vid fällnings process. Små partiklar som bildats vid utfällningen skall nu byggas upp till partikelaggregat, för avskiljning måste storleken och tyngden vara tillräckligt stor. Efter flockbildningen går avloppsvattnet vidare till avskiljning, genom sedimentering, flotation eller filtrering avskiljs bildade slamflockar. Avloppsvattnets transport mellan stegen bör ske skonsamt och inte med hög hastighet eller med en för trång passage, då kan flockarna slås sönder. Sönderslagen flock är förlorad flock den återfår inte sin storlek och hållfasthet ens vid en ny flockning. 17
Utformning av olika fällningsförfaranden Man skiljer på fyra olika fällningsförfaranden, beroende på var fällningskemikalien sätts till i avloppsreningsverket. De kallas direktfällning, förfällning, simultanfällning och efterfällning. Kombinerar man två eller fler av ovan nämnda förfaranden kallas det för flerpunktsfällning. Direktfällning Detta är det energisnålaste och billigaste alternativet. Direktfällning sker efter den mekaniska reningen med rensgaller/sandfång. Nackdelen är att BOD inte avskiljs fullt ut samt att kväve reduceras dåligt, har man då kvävekrav måste man ha ett biologiskt reningssteg eller våtmark för att reducera kväve ytterligare. Förfällning Liknar direktfällning, skillnaden är att man har ett biologiskt reningssteg efter. Syftet med förfällning är att avlasta den biologiska reningen samt att sänka fosforhalten i vattnet, dock måste man reglera avskiljningen då mikroorganismerna i den biologiska reningen behöver fosfor och organiskt material för att överleva och göra sitt jobb. Men avskiljer vi partiklar i förfällningen och lämnar det lösta materialet till den biologiska reningen, utnyttjar vi både den kemiska och den biologiska reningen optimalt. Energiförbrukningen minskar drastiskt på grund av mindre syrebehov, och den biologiska reningen kräver dessutom mindre volymer. fig.3 fig.4 18
Simultanfällning Är ett kombinerat reningssteg för kemisk/biologisk rening, det vill säga att reningen sker i luftningsbassängen, där tillsätter man de kemikalier man behöver. Kemikalierna gör dock bioslammet mindre verksamt och man måste öka slamhalten jämfört med en separerad process. Denna process leder även till en ökad energiförbrukning då slammängden blir förhöjd i luftningsbassängen och man måste öka luftningen. Efterfällning Sker efter biosteget och ger bra effekt på avskiljning utav fosfor samt BOD 7. I efterfällning blir slamproduktionen hög, samtidigt som energiförbrukningen är lika hög som vid simultanfällning. Här måste sedimentering ske innan man tillsätter fällningskemikalier för att inte få den inblandningen i det biologiska returslammet och gör det mindre verksamt. fig.5 fig.6 19
Slambehandling Avloppsslam bildas som en restprodukt från de olika processerna, försedimentering, biologisk rening och kemisk rening. Slammet delas i fyra typer av råslam beroende på i vilket reningssteg dessa avskiljs. Mekanisk slam (primärslam) utgörs av fasta partiklar som avskiljs vid mekanisk rening, efter sedimentering. Avskiljda föremål (gallerrenset) samt sand, kaffesump, papper, textil vid grovgaller respektive sandfång och fingaller, räknas vanligen inte som slam. Biologisk slam (bioslam) bildas av mikroorganismer som tillväxer och avskiljs vid biologiska reningssteg. Kemisk slam (kemslam) utgörs av flockar som bildas vid den kemiska fällningen. Där kan det bildas aluminiumslam, kalkslam eller järnslam beroende på vilket fällningsmedel använd i processen. Blandslam är blandningen av primärslam, biologisk och kemisk slam det kan mottagas genom att de olika slamtyperna blandas inför slambehandlingen. Slammet kan också direkt erhållas vid förfällning, mekaniskt-kemiskt blandslam eller vid simultanfällning (biologisk-kemiskt blandslam). Volymen av dessa slam är fortfarande en stor del av den behandlade avloppsvattenvolymen samt innehåller organisk material som kan lätt komma i okontrollerad nedbrytning och luktar mycket illa. Slammet innehåller näringsämnen som fosfor och kväve men också parasiter, virus, olika organiska ämnen från kemikalier, tungmetaller. Det är vanligt att slammet förtjockas, stabiliseras och avvattnas för att minska volymen på slammet, hindra spridning av smittoämnen och minska luktproblem på det fasta material som sedan deponeras eller återanvändas på annat sätt. Reningsverket har skyldighet (enligt SNFS 1994:2) att hantera slammet utan att det skapar olägenheter för hälsa och miljö. Förtjockning Slamförtjockning är värdefull behandlingssteg vilket minskar volymen betydligt av slammet som skall behandlas. Vid förtjockningen delas slammet upp i en klarvattenfas vilken avlägsnas och en slamfas med förhöjd TS-halt. Processen är viktig driftekonomiskt eftersom mindre vattenmängder behöver värmas upp samt en högre TS-halt reducerar mängden slamvatten, som ofta ger orsak till driftstörningar i vattenbehandlingsdelen. Förtjockningen sker genom sedimentering eller flotation, men ibland även mekanisk förtjockning kan förekomma. Vid sedimenteringsförtjockning sjunker slammet till botten via långsamomrörning för att underlätta bildandet av större partikelaggregat och frigöring av gasbubblor. Flotationsförtjockare brukar användas för slam som är svårt att förtjocka med sedimentering, t.ex. överskottslam från aktivslamanläggningen, kemslam och aerobt stabiliserade slam. Vid flotationsförtjockning flyter slammet upp till ytan via luftning. Mekanisk slamförtjockning sker med hjälp av olika anordningar för silning, t.ex. filterbehållare eller filtersäckar, eller med hjälp av centrifuger. Den processen sker med eller utan tillsats av polymer och påminner om slamavvattning. 20
Stabilisering Stabilisering av slammet utförs genom att organiskt material bryts ned så att slammets volym minskar och förhindrar jäsning och upphov till lukt i slamlagret. Tre olika metoder för stabilisering förekommer: rötning, kompostering, vassbäddar. Kompostering/slamluftning Kompostering är aerob stabilisering vid vilken sker omvandlingen av organiskt material i närvaro av syre. Vid aerob nedbrytning förbrukas syrgas och koldioxid och vatten blir slutprodukterna. Processen drivs i princip liknande luftbassänger som aktivslamprocessen. Det är enklare att driva komposteringen än rötningen men processen ger inte möjlighet att ta tillvara på den energirika rötgasen och därför används tekniken sällan idag. Vassbäddar Den här metoden skall användas för att stabilisera slam vid små anläggningar (<10 000 pe) för tekniska och ekonomiska skäl. Vassbäddarna är uppbyggda med planterings- och dräneringslager, dräneringsrör och tätduk. Stabilisering och avvattning av slam i vassbäddar är en aerob process vilket ofta ger bättre behandling samt ett renare dräneringsvatten. Metoden är inte utvecklad så väl i Sverige eftersom det ses att personalen på reningsverket behöver mer utbildning och driftstöd på grund av att skötseln av bäddarna skiljer sig från den övriga driften på verken. Rötning Rötning är anaerob stabilisering vid vilken omvandlar det organiska materialet i slammet utan tillgång till syre i en rötkammare. Nedbrytningen av organiskt material sker i flera delsteg. Först bryts ned sammansatta organiska ämnena till enklare vattenlösliga föreningar sedan fortsätter nedbrytningen med hjälp av bakterier till enkla fettsyror, aminosyror och socker. Vid sista steget bildas rötgaser med hjälp av metanbakterier. Slutprodukterna blir utrötat slam, slamvatten och rötgas. Rötgasen består av koldioxid (CO2), metan (CH4) och mindre mängder svavelväte (H2S). Nedbrytningen sker i en rötkammare som består av en sluten tank i vilken slammet lagras utan lufttillträde. Processen kräver uppvärmning för att hålla önskevärd temperatur i slammet som är ca 37 o C. Det utrötade slammets värmeinnehåll utnyttjas för att värma upp råslammet. Idag är vanligt att uppvärmningen sker genom en slam/vatten- värmeväxlare, där värme tillförs med varmvatten. Denna metod har stor fördel eftersom utrustningen är placerad utanför rötkammare. Konstant ph värde, omkring neutralpunkten ph7 en annan viktigt betingelse för att processen skall fungera tillfredsställande. För att hålla jämn bodde temperatur och ph i hela slammassan fordras omrörningen. Mekanisk omrörning med propellrar inuti rötkammaren är den vanligaste och en effektiv metod idag. Vid rötning minskar slamvolymen genom att organiska substanser bryts ned. Slammets organiska innehåll minskat till hälften medan det oorganiska materialet står kvar oförändrat. Alltså TS mängden har totalt minskat med storleksordningen 30 %. 21
Avvattning Avvattningen är sista steget i slambehandlingen vilket används för att minska vatteninnehållet i slammet och därmed minska volymen så mycket som möjligt (få bort kapillärvattnet). Det stabiliserade slammet avvattnas vanligtvis med hjälp av centrifuger, skruvpressar, silbandspressar eller filterpressar. För att underlätta processen och öka avskiljningsgraden tillsätts vanligtvis kemikalier (aluminiumsalter eller en kombination av kalk och järnsalter). Dessutom kan tork- vassbäddar användas, där vatten dels får dränera (avvattning) av och dels avdunsta (torkning). Vid avvattningen avskiljs slammet i en vattenfas som kallas för rejektvatten och en koncentrerad slamfas (slamkakan). Rejektvatten återförs till den biologiska reningen eftersom det har en låg halt suspenderad substans (SS). Det avvattnade slammet kan användas som gödning om det uppfyller ReVAQ- certifierings krav, annars deponeras eller förbränns slammet. fig.8 22
Processchema 23
Provtagningsschema Utsläppskontrollen sker i enlighet med Naturvårdsverkets direktiv och riktlinjer för kontroll av utsläpp till vatten NFS 1990:14, med avseende på provuttag, vattenanalys, mätutrustning, mätplats, underhåll funktionskontroll och rapportering samt krav på utbildade provtagare och kontroll av vatten vid ackrediterade laboratorier, NFS 1990:11. Vattenprov tas under sju dagar och samlas ihop det till ett veckoprov (vp), som sen skickas på analys. Vi tar 365 (dp) prov på ett år (kan variera om komplikationer uppkommer med tagna prover), och det sker flödesproportionellt under var dag. Prover som analyseras per vecka/ kvartal eller/och helår. De senare tittar man på genomsnittet av de olika ämnena/föroreningarna som har funnits i vattnet. Det gör man för att se trender, positiva eller negativa på längre period. Detta görs både på inkommande och behandlat vatten. Kontrollparametrar och kontrollmetoder 3 Kontrollen skall avse utsläppta mängder per kalenderår av nedanstående parametrar 1. kemisk oxygenförbrukning (COD Cr ) 2. biokemisk oxygenförbrukning under sju dygn (BOD 7 ) 3. totalfosfor (P-tot) 4. totalkväve (N-tot) 5. för avloppsreningsverk med anslutning större än 10 000pe, dessutom ammoniumkväve (ammoniumnitrogen, NH4-N) 6. för avloppsreningsverk med anslutning större än 20 000pe, dessutom kadmium (Cd), kvicksilver (Hg), koppar (Cu), zink (Zn), krom (Cr) och nickel (Ni). Så kallad utökad kontroll Behandlat vatten Provtagning av utgående behandlat avloppsvatten skall ske efter sista behandlingssteget och före eventuell desinficering. Obligatorisk utsläppskontroll, prover tas per dag och samlas till ett gemensamt veckoprov (flödesproportionell provtagning). Ämne BOD COD P-total N-total NH4N antal/prov 52 vp 52 vp 52 vp 52 vp 52 vp Halt i mg/l 24
Provet tas var fjärde hel vecka, obligatorisk utsläppskontroll Metall Hg Cd Pd Cu Cr Ni Zn antal/prov 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp Halt i µg/l Analys av särskilda villkors parametrar/kvartal Ämne BOD7 P-tot N-tot Kvartalsmedelvärde Halt i mg/l Övriga parametrar i utgående vatten där man tittar på årsmedelvärde. Ämne SS PO4-P TOC Cl F SO4 CA Årsmedelvärde antal/prov 365 dp 365 dp 52 vp 2 vp 2 vp 2 vp 11 vp Halt i mg/l Prover som också skall tas när bräddning av vatten sker. Tabellen visar det minimum av prov som gäller. Ämne BOD COD P-total N-total NH4N antal/prov 1 dp/vecka 1 dp/vecka 1 dp/vecka 1 dp/vecka 1 dp/vecka Halt i mg/l 25
Övriga parametrar i utgående vatten där man tittar på årsmedelvärde. Ämne Co Mn Ag As AOX DEPH Fenol Oktylfenol Nonylfenol Årsmedelvärde antal/prov 2 vp 2 vp 2 vp 2 vp 2 vp 1 vp 2 vp 2 vp 2 vp Halt i µg/l Riktvärden för utgående vatten enligt miljöbalken för de föroreningar som släpps ut från avloppsreningsverk: BOD 7 : 15mg/l Fosfor: 0,3-0,5mg/l Kväve: 15mg/l COD Cr : 70mg/l 26
Inkommande vatten Den obligatoriska utsläppskontrollen av inkommande vatten omfattar samma parametrar och utförs på samma sätt som för behandlat vatten. Ämne BOD COD P-total N-total NH4N antal/prov 52 vp 52 vp 52 vp 52 vp 52 vp Provet tas var fjärde vecka, för att se metaller i avloppsvattnet. Det går till på samma sätt som ovan, prov tas under sju dagar (dp), samlas till ett gemensamt veckoprov (vp). Metall Hg Cd Pd Cu Cr Ni Zn antal/prov 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp 12 vp Driftkontroll Ämne SS PO4-P TOC antal/prov 60 dp 255 dp 52 vp Avloppsreningsverk med krav på utökad kontroll på inkommande vatten tar nedanstående prover också. Ämne Co Mn Ag Ca As antal/prov 2 vp 2 vp 2 vp 11 vp 1 vp 27
Desinfektion Reningsverket skall vara förberett för desinficering av utgående vatten, och används ifall tillsynsmyndigheten finner behov för det. Desinficering är då det sista steget innan vattnet lämnar reningsverket. Exempel: Reningsverket är försett med doseringspump, fasta doseringsledningar och lagerkärl. Utrustningen är avsedd för natriumhypoklorit (NaClO). Instrument Rensgaller Rensgaller är av typ trappstegsgaller med spaltvidd 2mm och dim. Flöde är drygt 3000m 3 /tim. Sandbehandlare (sandtvätt) Sandtvätt typ HCSB 150 är konstruerad för avskiljning och tvättning av sand och sten från sandfång samt i samband med lossning av externslam. Användningsområde: Avskiljning och tvättning av sand från sandfång Avskiljning och tvättning av sand, grus och sten vid externslamlossning. Kombinerad körning av sandfång och externslamlossning. Fördelar: Litet byggmått Tål hård belastning Minimal skötsel Rensgodstvätt System typ HCRT 24 är konstruerad för att på ett enkelt driftsäkert sätt tvätta bort organiskt material ur rensgodset. Användningsområde: Tvättning av avskilt rensgods på avloppsreningsverk. Fördel: Enkel och driftsäker konstruktion Låg axialkraft på drivanordning Lågtvättvattenförbrukning 28
Slamförtjockning Typ Slasken SF 17 med kringutrustning. Slamtratt från slamförtjockare med anslutning till excenterskruvpump för transport av förtjockat slam till rötkammare. Polymerutrustning Polymore mini 600/800, doserar polymer proportionellt mot inkommande slamflöde som ska till förtjockning. Avvattningsutrustning Installation av Lackeby Produkt avvattnare SA 260-50 är Standard tillverkas avvattnaren i rostfritt material. Blåsteknik Blåsmaskin av typen RVT-100 från Pumpteknik som har syfte i att förse luftningsbassängen med luft, frekvensstyrd mot syrehalt i luftningsbassäng. ph/orp mätare Digital kombinationsgivare för ph och ORP av typen 1200sc från Hach Lange och är NEMA klassad. Konduktivitet/turbiditets mätare Givare från Hach Lange av typen 3400 sc som mäter µs från 0,056/cm till 200 000/cm. 1720E Turbidimeter vilken mäter NTU mellan 0,001till 100,0. 29
Driftstörningar Driftstörningar som kan förekomma i de olika stegen av avloppsreningsprocessen. Checklista med förslag på åtgärd och uppföljning följer. Grovrening Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd Vatten i gallercontainer Dålig dränering av rensgods Dränera containern, installera rensgodspress, låta skrapan gå med högre frekvens Lukt från container Illaluktande material i rensgods, nedbrytning av rensgodset Kör bort rensgodset oftare, tvätta rensgodset på väg upp med skrapan eller separat tvätt För mycket slam i sanden För lite luftning Öka luftblåsningen och/eller Svårt att pumpa ut sand Sand och slam bakar ihop på botten installera sandtvätt Utpumpning av sand oftare, luckra upp med tryckluft eller vatten Dålig sand avskiljning Uppehållstiden för kort, Luftblåsningen måste minskas luftningen för kraftig Lukt från sand i containern Slam följer med sanden Öka luftblåsningen och/eller installera sandtvätt eller kör bort sanden oftare Sedimentering Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd Låg koncentration i utpumpat slam Vatten följer med det förtjockade slammet Slampumparnas gångtid minskas, tiden mellan utpumpningar ökas, Installera Flytslam Gasbildning Lukt Svårighet att pumpa ut slam Uppehållstiden för slammet är för lång eller skrapas inte bort överallt Slammet förtjockar alltför bra. Sand och eller trasor i slammet TS-mätning på utpumpat slam Kör slamskrapan oftare Pumpa ut slam oftare Kontrollera att skraporna tar ändan ut i kanterna Pumpa ut slam oftare Luckra upp i slamfickan med tryckluft. Spola slamledningarna 30
Flotation Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd Dålig avskiljning Otillräckligt dispersionsvattenflöde Öka flödet Låg TS-halt i slammet Ojämnt dispersionsvattenflöde Dålig flockbildning Ackumulering av slam på bassängbotten För mycket vatten följer med slammet Kontrollera ventilerna för inledning av dispersionsvatten. Motionera ventilerna Fel ph-justering, minska hastigheten på omrörare, längre uppehållstid Kör bottenskrapan oftare Kör skrapan med längre intervall Se till att skrapan bara tar det översta lagret av det floterade slammet Efterbehandling Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd Korta gångtider dåligt renspolat filter Sätt gångtid i relation till SS i tillflödet till filtret Stort initialmotstånd För hög filterhastighet Filter dåligt renspolat Dåligt inställda ventiler Minska filterhastigheten Spola filter eller byt Justera ventiler till rätt läge gradvis försämrade gångtider Igensatta dysor Rensa dysorna med tryckluft och/eller vatten VIKTIGT! Igensättning av dysorna, filterbotten kan haverera om det lämnas utan åtgärd. 31
Kemisk fällning Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd (se över/ justera) Hög SS halt utgående vatten svag flockbildning Dålig inblandning För hög strömningshastighet Se över strömningshastighet Hög halt SS i floterat vatten Uppehållstiden i flockningen Dålig inblandning Högt flöde och starkt varierande Långa uppehåll i slamskrapningen Slam kommer från ett föregående biosteg. Kraftiga flödesvariationer, hög ytbelastningen Justera uppehållstiden Se över omrörarhastighet Ytbelastningen Korta tiden mellan slamskrapningarna samt slamdumpningarna Inkommande slammängd Funktionen på slamskraporna Inblandningen Dispersionsvattentillförseln Ytbelastningen Flockbildningen (Se över fler steg) Avloppsvattnets sammansättning Kontaktfilter Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd (se över/ justera) Grumlighet i utgående vatten (filtergenombrott) Filterhastighet kan vara för hög Kort gångtid, högt filtermotstånd Gångtiden Spolningen Doseringen 32
Drift av kemiskfällning Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd (se över/ justera) Liten flock Felaktigt ph-värde För hör hastighet omrörare Låg flockbildning Justera ph med rätt dosering av fällningskemikalie Omrörarhastigheten Uppehållstiden Vanligaste förekommande sedimenteringsproblemen I aktivslamprocessen, relaterad till mikrobiell biomassa. Sedimenteringsproblem Trolig orsak Dispergerad tillväxt Inga flockar bildas, mikroorganismerna förekommer som enskilda celler Mikroflockar Små, svaga flockar som slås sönder, uppstår då BOD i inkommande vatten är låg i förhållande till SS-halten Flytslam Spontan denitrifikation/anaerob nedbrytning i sedimenteringsbassängerna vid lång uppehållstid Slamsvällning Stor produktion av extracellulära a) Viskös polymerer. vanligtvis i reningsverk slamsvällning som behandlar industriellt avloppsvatten med låg halt av fosfor eller kväve b) Filamentös slamsvällning Skumning Hög halt av filamentbildande bakterier som sammanbinder flockar eller skapar flockar med hålrum, t.ex. Microthrix Hydrofoba, skumbildande bakterier ex: Nocardia och Microthrix konsekvens Utgående vatten är grumligt, dålig sedimentering Utgående vatten är grumligt, lågt SVI Slamtäcke i sedimenteringsbassänger Dålig sedimentering, slam i utgående vatten Högt SVI, och i svåra fall slamflykt, men klar vattenfas Stabilt skum på ytan av bassänger, slam i utgående vatten, skumning i rötkamrarna, hälsorisk 33
Biologiska bäddar Typ av störning Orsak Förslag på åtgärd (se över/ justera) Hög BOD halt Syrehalten i utgående vatten BOD belastningen Ventilation/luftning Avloppsvattnets sammansättning Igensättning av bädd Hög slamproduktion Bädden växer igen BOD belastningen Hydrauliska belastningen Igensättning av utloppssilar vid suspenderade bärare Luktproblem från biobädd Isbildning på biobädd Igensättning av spridararmarna på biobäddar Flytslam och skräp Utloppssilarnas rensningskonstruktion och funktion Funktionen av omrörningen i reaktorn Syrehalten i vattnet efter biobädden Ventilationen Justera vattenfördelningen så att spridarna spolar över isen Försedimenterings funktion Ordna en silkorg till pumpgropen 34
Uppgift 2 En dag när ni utför de dagliga rutinerna i reningsverket går ni förbi det biologiska reningssteget. Ni vet att den biologiska reningen sker med hjälp av levande organismer men ni har inte tagit reda på hur detta egentligen fungerar. Därför bestämmer ni Er för att djupdyka i mikrobiologins värd och skriva om alla mikroorganismer som kan finnas i ett biologiskt reningssteg, deras levnadsbetingelser samt de eventuella driftstörningar de kan förorsaka. Bestämning av mikroorganismer Bakterier, svampar, alger och protozoer kallas för mikroorganismer. Gemensamt för dessa organismer är att de består av en enda cell eller cellansamlingar. Högre utvecklade varelser är flercelliga och cellerna har då olika funktioner. Celler i huden hos människor har inte samma egenskaper som t.ex. hjärncellerna. I en bakterie däremot finns alla egenskaper samlade i den enskilda cellen. Bakterier har en stor roll i aktivslamprocessen. Där bryter de ner olika föroreningar eller omvandlar dem till andra former. Mikroorganismer bidrar också aktivt till slammets sedimenteringsegenskaper. Det är främst bakterier som står för den biologiska reningen, men även andra mikroorganismer är viktiga. De flesta av mikroorganismer har en naturlig uppkomst. Det är många mikroorganismer som är helt ofarliga för människor och att de flesta finns i många miljöer. Dock varierar det från miljö till miljö beroende på yttre faktorer. Enbart i människans och djurs tarmar finns mer än 300 arter bakterier. Det förekommer virus som infekterar dessa bakterier som är specialiserade på en art eller grupp bakterier. I tarmar förekommer vissa arter av jästsvampar i mindre mängde, samt olika typer av encelliga djur (t.ex. protozoer). De mikroorganismer som medförs in i reningsverket genom ledningsnätet är toalett/bad vatten, disk/tvätt, spillvatten från industri samt från dagvatten. Man räknar med att 10 miljarder bakterier/ml kommer till reningsverket. Beroende på den anslutna befolkningen av antalet sjuka/smittbärande så varierar antalet patogena bakterier. 35
Bakterier Vid biologisk behandling av avloppsvatten har bakterier oftast största betydelsen, men i bio dammar är det alger som används(finns andra typer också). Bakterier har olika form om man tittar i mikroskop. Det finns stavformade, böjda, kulformiga eller spiralformiga. Bakteriers uppbyggnad, cellväggen har ett skyddande slemlager innanför cellväggen. En tunn hinna den s.k. cytoplasmamembranet (cellmembranet) bildar ett spärrskikt mellan cellens omgivning och dess inre. Cytoplasman finns Innanför membranet, den innehåller en DNA-tråd med arvsmassan lagrad för bakteriecellen. Förökning av bakterier sker genom delning. De flesta bakterier kräver organiskt material för att kunna nybilda cellmaterial, de bakterierna är heterotrofa. Sen finns autotrofa bakterier som använder oorganiskt kol för nybildande av cellmaterial t.ex. koldioxid. Genom kemiska reaktioner erhåller autotrofa bakterier sin energi, som exempel omvandlas ammonium och sulfider. Exempel på bakteriers former: Heterotrofa bakterier Heterotrofa kallas sådana bakterier som inte kan leva på oorganiska föreningar utan som behöver komplexa organiska föreningar för sin ämnesomsättning. Kategorin rymmer ett brett spektrum av bakterier. Deras förekomst tyder på tillväxt av mikroorganismer som bör åtgärdas, även om ingen maximigräns är satt av myndigheter. Även om de flesta heterotrofa bakterier inte är skadliga för friska individer, så är det möjligt att några av dem är opportunistiska patogener och blir då farliga för personer med nedsatt immunförsvar. Gruppen kan också ses som indikatororganismgrupp, men ej för avloppspåverkan, utan för allmän mikrobiell tillväxt, risken för lukt/smak och andra problem ökar. Det har visat sig att de flesta typer av vattenreningsutrustning avhärdare, RO-utrustningar, kolfilter och andra filter är gynnsamma växtplatser för heterotrofa bakterier. I sådana utrustningar kan halten av heterotrofa bakterier växa kraftigt och utgöra en hälsorisk. Autotrofa bakterier fixerar CO 2 för att bilda biomassa. 36
Bakteriers näringsbehov Bakterier är uppbyggda av organiska föreningar, förbrukat material ersätter cellerna genom att nybilda organiskt material, som cellerna använder för att växa och föröka sig. Nybildning kräver organiskt material till både energi och byggstenar. Många bakterier klarar sig med en typ av organiskt material som kolkälla, andra kräver närvaro av vissa bestämda byggstenar. I all organiskt material ingår väte, kol och i de flesta fall syre. Även andra grundämnen ingår i många organiska ämnen som finns i levande organismer. Avloppsvatten innehåller ett stort antal olika organiska föreningar, som bakterierna i varierande grad lätt bryter ned och blir då ett full gott substrat till deras levnad. Bakterier använder sig av metabolism. Bakterier utvinner energi genom nedbrytning av organiskt material, processen kallas aerobt eller anaerobt. Aerob nedbrytning är en oxidation av organiskt material med syre närvarande. Anaerob nedbrytning sker utan närvaro av syre. Bakteriers uppbyggnad Cellerna har arvsanlag i form av DNA-strängar. Ringformade plasmider innehåller också gener. Cellväggen består av ämnet murein eller glukopeptider. Bilderna ovan visar streptokocker och en spirill. Vissa bakterier har rörliga flageller som under lättar viss förflyttning. Cellen omges ofta av en kapsel. Även en cellvägg och cell-membran omger många typer av bakterieceller. Bakterier som används vid avloppsrening och finns i bl.a. biobäddar, bakterier växer till vid olika processer och temperaturer vid avloppsrening. Bakteriers tillväxt kräver substrat(nedbrytning av organiskt material)för att få energi för sin tillväxt. Förutom organiskt kol behöver bakterierna ha tillgång av alla ämnen som ingår i cellen viktigast av de ämnena är kväve och fosfor för att kunna växa till. 37
Bakteriers tillväxt är exponentiell och förökar sig genom delning så att arvsmassan finns i de två nya cellerna osv. tiden mellan två delningar kallas generationstid, den kan vara allt från 20 minuter till flera dagar. Bakterier växer till vid varierande temperatur beroende på vilken grupp de tillhör. det finns kryofila, Psykrofila, mesofila, termofila och extremt termofila mikroorganismer/bakterier. I svenska avloppsreningsverk dominerar de kryofila och psykrofila mikroorganismerna pga. avloppsvattnet håller nästan alltid en temperatur under 20 grader, vilket är lägre än den optimala temperaturen. En del bakterier kräver också rätt ph värde för en bra tillväxt, ph 7 till cirka 8,5 är bra för tillväxten, där över avtar mikrobiella aktiviteten snabbt för att upphöra nästan helt vid ett ph-värde över 10. Bakteriesamhället i ett biologiskt reningsverk är alltid under förändring, d.v.s. olika bakterier konkurrerar med varandra beroende på att inkommande avloppsvatten har olika sammansättning och temperatur. Avloppsvattnet förändras hela tiden vilket gör att bakteriernas tillväxthastighet och därmed deras andel av bakteriesamhället ökar eller minskar över tiden. Exempel på bakterier är E-coli, Koliforma bakterier, Fekala streptokocker, Sulfitreducerande klostridier, virus, Heterotrofa bakterier, Mycobacterium. Bakteriegrupp Temp. intervall o C Optimum o C Kryofila 0-15 15-20 Psykrofila 0-30 20-25 Mesofila 10-45 30-35 Termofila 40-70 50-55 Extremt termofila 60 85 75-80 Arkaer Ser ut som bakterier men har helt annan arvsmassa. Skillnaden är mycket stor. De tål salthalter, olika ph-värden och temperaturer. De är extremt tåliga. Arkaer är en metangas producent vid rötning av slam. Vi delar också in i grupper beroende på vilket ph-intervall mikroorganismerna kan föröka sig i. för att få en effektiv rening så ligger optimum på ph 7 eller strax över, men rening sker dock i intervallet 3-10 i ph-värde. Nedan en tabell med benämning av grupper och vilket intervall de är produktiva/levnads glada. Benämning ph - värde Extremt acidofila 0-3 Acidofila 3-5 Neutrala 5-9 Alkalofila 8-10 Extremt alkalofila 11-13 38
Virus Virus är mycket mindre än bakterier, och de kan bara förökas inuti lämpliga värdceller. De består av en nukleinsyra (t.ex. RNA) och ett protein. Existerar utanför värdcellen som livlösa komplex, man kan säga att de markerar gränsen mellan levande organism och död materia. Virus har ingen egen metabolism. När en levande cell har angripits av ett virus, förvandlas cellen snabbt till en grynig massa av virus som är redo att infektera nya celler. Virus kan infektera alla levande organismer. Nukleinsyran är omsluten av ett skyddande proteinskal, en kapsid, ofta i form av en ikosaeder, t.ex. hos poliovirus och adenovirus. Virus kräver levande celler för sin förökning. Virus är alltså parasiter i celler. Virus kan styra nybildningen av de beståndsdelar i de angripna cellerna som då bygger upp de nya virionerna. Flera hundra typer av virus har identifierats i avföring. Virus transporteras lätt igenom jordlager på grund av sin litenhet, virus kan överleva i månader. Virus har större motståndskraft mot desinfektion än som exempel koliforma bakterier. De virus som oftast kan kopplas till vattenburen smitta är hepatit-, Norwalk-, coxsackie-, rota- och echovirus. Enterovirus kallas sådana virus som förekommer i tarmarna. Till patogena, vattenburna virus hör följande (vattnets funktion som smittkälla för en del virussjukdomar är omtvistat): Vacciniavirus, Paramyxovirus, Herpesvirus, Orfvirus, Adenovirus, Influenza virus, Tobolovirus, Rhabdovirus, T-even kolifag, Flexuoustailed phage, Polyomavirus, Picornavirus, phage. Alger Alger är främst en källa till grumlighet och unken lukt, men vissa arter kan vid blomning producera starka gifter. Vid sidan av bakterier är alger den dominerande mikroorganismen i biologiska dammar. Det är en blandflora av alger som förekommer. De autotrofa mikroorganismerna som alger är, de producerar nytt cellmaterial från oorganiska kolkällor, som exempel koldioxid, och solljuset är energikällan som används. Alger lever i samverkan med bakterierna. Bakterierna bryter ned organiskt material till koldioxid och det använder algerna i sin produktion av nya alger och syre. Bakterierna utnyttjar sig av döda alger och syre. Alger är fotosyntetiserande organismer, de omvandlar oorganiskt kol (koldioxid och vätekarbonat) med hjälp av solenergi till organiskt material. Tillväxten av alger styrs till stor del av ljusintensiteten, mer ljus ökar tillgången på växtnäringsämnen. Fotosyntesen producerar syre. CO 2 + ljusenergi cellmassa +O 2. Exempel på alger: Grönalger finns i 20 000 arter och alla är eukaryota (har cellkärna). Vissa grönalger lever i symbios med svampar och djur, de drar nytta av varandra. Grönalger kan fortplanta sig könlöst genom delning eller med hjälp av sporer, och könligt med olika kombinationer av gameter (könsceller) och ägg. Generationsväxlingar (regelbunden växling mellan könlig och könlös förökning) är vanliga. Cellväggarna består av cellulosa eller andra polysackarider (makromolekylära, stora, kolhydrater) och cellerna innehåller både klorofyll a och b. De högre arterna är flercelliga och i regel fastsittande, medan de encelliga är fritt flytande. 39
Kiselalger finns ca: 6000 arter andra säger att det finns ca:100 000 arter. Kiselalgen är ett mikroskopiskt växtplankton, Samtliga är eukaryota (har cellkärna) och encelliga; dock lever de inte alltid åtskilda, kolonier är inte ovanliga. Vanligast är att de lever fritt flytande i vattnet, men det förekommer även sådana som lever i bottensediment, fastsittande på växter eller djur och dylikt. De utgör också en stor del av födan för många vattenlevande mikroorganismer. En kiselalgs cellvägg är uppbyggd av två halvor bestående av kiseldioxid, SiO2. De två halvorna passar i varandra ungefär som en skokartong passar med sitt lock - en mindre del som botten, och en större som lock. Skalen är försedda med mängder av små hål som troligen gör skalet permeabelt (till viss del genomträngligt) och sörjer för ämnesutbytet mellan cell och omgivning. Kiselalgen kan reproducera sig både asexuellt och sexuellt. Det normala är asexuell fortplantning genom mitos: Cellkärnan delar sig och det ursprungliga skalet trängs isär. De nya dottercellerna ärver var sin skalhalva av den ursprungliga cellen och bildar sedan själva en egen underdel. Detta leder till att det skapas en gren generationer av mindre alger som i sin tur skapar grenar med ännu mindre o.s.v. När algerna når en kritisk storlek kan de växla till sexuell reproduktion Grönalger Kiselalger 40