Berkningsmodell fr massbalanser fr Slottshagens 24250/ fr massbalanser fr Slottshagens reningsverk ... Berkningsmodell fr massbalanser fr Slottshagens reningsverk ... 3.2 Reningskrav ...

  • Published on
    07-Feb-2018

  • View
    217

  • Download
    3

Transcript

  • Institutionen fr fysik, kemi och biologi

    Examensarbete

    Berkningsmodell fr massbalanser fr Slottshagens reningsverk

    Fadi Hamade

    Examensarbetet utfrt vid Slottshagens ARV 2007-09-21

    LITH-IFM-EX--07/1805SE

    Linkpings universitet Institutionen fr fysik, kemi och biologi 581 83 Linkping

  • Institutionen fr fysik, kemi och biologi

    Berkningsmodell fr massbalanser fr Slottshagens reningsverk

    Fadi Hamade

    Examensarbetet utfrt vid Slottshagens ARV

    2007-09-21

    Handledare

    Jenny Uusijrvi Per Nilsson

    Examinator

    David Lawrence

  • Datum /Date 2007-09-21

    Avdelning, institution Division, Department Chemistry Department of Physics, Chemistry and Biology Linkping University

    URL fr elektronisk version

    ISBN ISRN: LITH-IFM-EX--07/1805--SE _________________________________________________________________ Serietitel och serienummer ISSN Title of series, numbering ______________________________

    Sprk Language

    Svenska/Swedish Engelska/English

    ________________

    Rapporttyp Report category

    Licentiatavhandling Examensarbete C-uppsats D-uppsats vrig rapport

    _____________

    Titel Berkningsmodell fr massbalanser fr Slottshagens reningsverk Title Calculating Model for Mass Balances at the Slottshagen Wastewater Treatment Plant Frfattare/Author Fadi Hamade

    Nyckelord/Keyword Berkningsmodell, massbalans, reningsverk, mass balances

    Abstract

    In the next few years the pollutants loading at the Slottshagen wastewater treatment plant in Norrkping is going to increase due to the reason that one of the waste water treatment plant in the district will be shut down. A survey of how these different pollutants are divided in the treatment process is therefore necessary for mapping out both the loading and treatment efficiency. This can be achieved by studying mass balances. Mass balances were carried out for the water treatment process for the mechanical/chemical, biological and the chemical stage. The mass balance studies show that the treatment efficiency was very good. However in order for the mass balances to be quite consistent and to ensure complete coverage of results and conclusions i.e. more reliable results, sludge samples should be collected and taken at different times per day and the influent rate should be investigated. In this work mass balance has been set up in order to illustrate and identify the factors that should be considered and taken care of for further estimation using mass balances in the future. Furthermore this survey results in a calculating model for the mass balances at this plant. This calculating model is used as a tool to facilitate future calculations for mass balances for the water treatment process at Slottshagens wastewater treatment plant. Moreover it provides a basis for carrying out further estimation of the treatment process in the near future. In this project the importance of some operating parameters was also taken in consideration. This calculating model can be modified so that calculations of such operating parameters i.e. sludge loading and sludge age can be easily performed. Such information can be used further to evaluate different operation alternative in order to ensure an optimal use of the treatment process with in the plant

  • 2

  • Frord Detta examensarbete ingr i ingenjrsprogrammet kemi- och bioteknik i Linkpings universitet och omfattar 10 pong . Arbetet utfrdes vid Slottshagens reningsverk i Norrkping p uppdrag av Norrkping vatten AB. Frst och frmst vill jag tacka mina handledare p fretaget, Jenny Uusijrvi och Per Nilsson. De har stllt upp under arbetets gng och stmt av arbetet. Ett stort tack till min examinator David Lawrence fr sina vrdefulla synpunkter och goda rd. Jag vill rikta ett stort tack till personalen p Slottshagens laboratorium, Niklas, Katarina, Ulla och Ellinor. De har jobbat mycket med alla extra analyser det r verkligen uppskattat. Jag vill ocks tacka all personal p verket fr ett trevligt och hjlpsamt bemtande. Jag tackar Lennart Mats och Thomas som har funnits tillhands och tagit sig tid fr att besvara alla mina frgor och funderingar. Jag tackar ven min opponent Denis som korrektlst och kommenterat min rapport. Ett stort tack till er alla. Fadi

  • Abstract In the next few years the pollutants loading at the Slottshagen wastewater treatment plant in Norrkping is going to increase due to the reason that one of the waste water treatment plant in the district will be shut down. A survey of how these different pollutants are divided in the treatment process is therefore necessary for mapping out both the loading and treatment efficiency. This can be achieved by studying mass balances. Mass balances were carried out for the water treatment process for the mechanical/chemical, biological and the chemical stage. The mass balance studies show that the treatment efficiency was very good. However in order for the mass balances to be quite consistent and to ensure complete coverage of results and conclusions i.e. more reliable results, sludge samples should be collected and taken at different times per day and the influent rate should be investigated. In this work mass balance has been set up in order to illustrate and identify the factors that should be considered and taken care of for further estimation using mass balances in the future. Furthermore this survey results in a calculating model for the mass balances at this plant. This calculating model is used as a tool to facilitate future calculations for mass balances for the water treatment process at Slottshagens wastewater treatment plant. Moreover it provides a basis for carrying out further estimation of the treatment process in the near future. In this project the importance of some operating parameters was also taken in consideration. This calculating model can be modified so that calculations of such operating parameters i.e. sludge loading and sludge age can be easily performed. Such information can be used further to evaluate different operation alternative in order to ensure an optimal use of the treatment process with in the plant.

  • Sammanfattning Inom ngra r kommer belastning p Slottshagens reningsverk i Norrkping att ka i och med att ett av de mindre reningsverken i kommunen skall lggas ned. Att ta reda p hur de olika froreningarna frdelas i reningsprocessen r drfr ndvndigt fr att bde belastningen och reningseffektivitet skulle kunna kartlggas. Detta kan stadkommas med hjlp av massbalanser. Massbalanser utfrdes fr reningsprocessen ver det mekaniska/kemiska, biologiska samt kemiska blocket. Massbalansstudierna visar att reningseffektivitet var vldigt bra. Men dremot br fler stick provstagningar p slammet gras vid ett antal tillflle br dygn och mtning p inkommande utredas fr att massbalanserna skall stmma och oskerheten i resultaten skall bli mindre . I detta arbete illustreras med hjlp av denna underskning de faktorer som behvs tgrdas vid sammanstllning av massbalanser ver Slottshagens reningsprocess i framtiden. Dessutom resulterade massbalansunderskningen i en berkningsmodell. Berkningsmodellen gjordes i Microsoft Excel och anvnds som ett berkningsverktyg fr att underltta framtida berkningar av massbalanser ver Slottshagens reningsprocess. Dessutom ger den ett gott underlag fr att kunna gra bttre bedmningar i framtiden. Modellen grundar sig p den genomfrda massbalansunderskningen och baseras p ett processchema ver de flden som frekommer i reningsverket. I projektet tas ven driftparametrar betydelse fr reningsprocessen upp. Berkningsmodellen kan modifieras s att berkningar av dess driftparametrar dvs. slambelastning och slamlder kan enkelt genomfras. Denna information kan anvndas sedan fr att utvrdera de olika driftalternativen s att reningsprocessen ska kunna utnyttjas optimalt.

  • Innehllsfrteckning 1. Inledning . 1 1.1 Bakgrund .. 1 1.2 Syfte ... 1

    2. Teori ..... 2 2.1 Vattenrening i Sverige . 2 2.2 Vattenreningsprocess .............................. 2 2.3 Froreningsparametrar ............................... 6 2.4 Driftparametrar vid aktivslamprocessen .................. 7 2.5 Massbalans......... 9 3. Slottshagens reningsverk .. 10 3.1 Processbeskrivning ............................. 10 3.2 Reningskrav. 12

    4. Massbalans.. 13 4.1 Metod......... 13

    5. Resultat och diskussion.......... 16 5.1 Massbalansen ver det mekaniska och kemiska blocket 16 5.2 Massbalansen ver det biologiska blocket 19 5.3 Massbalansen ver det kemiska blocket .. 21

    6. Berkningsmodellen 22

    7. Slutsats 24

    8. Referenser....................... 25

    9. Bilagor...... 26

  • 1

    1. Inledning 1.1 Bakgrund Slottshagen r det strsta av Norrkpings tio reningsverk med drygt 140 000 anslutna personekvivalenter (p e), ett p e motsvarar 70g BOD/person och dygn. Reningsverket har dimensionerats fr en belastning av 200 000 p e. Det inkommande avloppsvattnet renas genom mekanisk, kemisk och biologisk rening i en aktivslamprocess. P anlggningen sker ocks slam behandling samt produktion av biogas. Modifieringar av reningsverket har under senare r lett till att de nya reningskraven som gller fr kustnra avloppsreningsverk strre n 100 000 p e uppfylls. Inom ngra r kommer belastningen p Slottshagen att ka i och med att ett av de mindre reningsverken i kommunen skall lggas ned. Att kunna utreda vilka effekter kan tnkas f p reningsprocessen r drfr absolut ndvndigt. Massbalanser ger bttre information om externa respektive interna fldens pverkan i en reningsprocess. I en massbalans kvantifieras de massflden som sker i ett reningsverk. Att sammanstlla en versikt ver ingende och utgende masstrmmar med hjlp av en massbalans r ocks ndvndigt fr att enkelt kunna flja hur froreningsreduktion i verket fungerar. Genom att studera hur de underskta mnena frdelas i de olika reningsstegen, kan bde belastning och reningseffektivitet kartlggas. Detta kan sedan ligga till underlag fr att utvrdera olika drift alternativ fr att kunna frbttra verkets reningsprocess och utnyttja reningsprocessens dimensionerande kapacitet optimalt. 1.2 Syfte Syftet med detta examensarbete var att ta fram en modell i Excel fr berkning av massbalanser fr de olika parametrar som finns i vattenreningsprocessen. Modellen ska kunna hantera berkningar fr flden av framfrallt kvve, fosfor och suspenderat material fr reningsprocessen som helhet samt fr de olika reningsstegen. Modellen skall anvndas som ett berkningsverktyg fr att underltta framtida berkningar av massbalanser. Detta arbete ingr som en del i ett strre projekt dr den kade belastningens pverkan p reningsprocessen utreds.

  • 2

    2. Teori 2.1 Vattenrening i Sverige Dagens vattenreningsprocess r resultatet av en historisk utveckling styrts av kraven p miljskydd av vattendrag, sjar och havsomrden i vr nrmilj. P 1930-talet hade avloppsreningsverken bara mekanisk rening. P 50-talet tillkom biologisk rening, 20 r senare ven kemisk rening och p 90-talet biologisk kvvereduktion. Varje r behandlas cirka 2 miljarder kubik meter avloppsvatten i 2080 kommunala avloppsreningsverk i Sverige (Johansson, 1997). Den frsta anlggningen fr biologisk rening av kommunalt avloppsvatten byggdes i Skara 1911. r 1965 hade en tredjedel av landets ttortsbefolkning biologisk rening. I dag r hela Sveriges ttortsbefolkning ansluten till reningsverk. I de flesta reningsverk anvnds en kombination av mekanisk, kemisk och biologisk rening med aktivslamprocess. Ett flertal varianter av en aktiv slamprocess har utvecklats fr att frbttra den biologiska reningen. (Svenska kommunfrbundet, 1996). Obehandlat eller inte tillrckligt behandlat kommunalt avloppsvatten bidrar till kad syrefrbrukning och vergdning i vra sjar och vattendrag p grund av hgt innehll av organiskt material respektive kvve och fosfor. vergdning ger upphov till en kad alg- och vxtproduktion. Vid nedbrytning av den alg-massan frbrukas en stor mngd syre, s.k. sekundr syrefrbrukning som r fem gnger strre n den som orsakas av mngd organisk substans vilket leder till att syrebrist uppstr. Ngot som har frdande konsekvenser p vattendjur (Svenska kommunfrbundet, 1996). De negativa effekterna avloppsvattnet hade p recipienten ledde till hjda krav p reningsverk. Kraven mste anpassas efter recipienten. Man br vga behoven av kvve- samt fosforreduktion mot varandra s att det rder en balans mellan kvve och fosfor i det berrda utslppsomrdet. Reningstgrden mste planeras svl lokalt som regionalt. En reningstgrd som ger goda lokala effekter, kan faktiskt medfra att det regionala havsomrdet drabbas hrdare och vice versa (Brandt, 2000). 2.2 Vattenreningsprocess Beroende p recipientens knslighet och avloppsvattnets sammansttning kan utformningen av reningsverken vara ngot olika. Generellt omfattar ett reningsverk anlggningar fr mekanisk, kemisk och biologisk rening. Idag r aktivslamprocessen en av de vanligaste processerna fr biologisk rening. Nedan fljer beskrivning av de olika reningssteg. 2.2.1 Mekanisk rening Vid mekanisk rening avskiljs frst trasor och strre freml i ett rensgaller. Avskiljningsgraden ver gallren varierar med bland annat spaltvidd (avstndet mellan tv gallerstavar) och flde. Renset avvattnas och gr antigen till frbrnning eller deponeras normalt p avfalls- deponier. Efter rensgallret finns ofta ett sandfng i vilket sand och gruspartiklar tas bort. En av de vanligaste utformningarna av sandfng r luftade sandfng. I sandfnget blses luft in s att vattnet cirkulerar med en viss rrelsehastighet. Vid denna hastighet sjunker sand och grus snabbt till botten medan det lttare slammet hller sig svvande i vattnet. De sedimenterade

  • 3

    sand- och gruspartiklarna pumpas sedan med hjlp av pumpar s.k. mammutpumpar till sandtvtt. Drifrn transporteras de tvttade partiklarna till avfalls-deponier. Frn sandfnget gr vattnet vidare till frsedimenteringsbassngerna dr de suspenderade mnena avlgsnas genom gravitation. I frsedimenteringen reduceras ven en del fosfor kvve och organiskt material eftersom de suspenderade mnena som avskiljs med slammet innehller en del av dessa froreningar. Slammet, s.k. primrslam, samlas upp och frs vidare till slambehandlingen. Hr kan ven flytande mnen som olja och fetter tas bort som s.k. flytslam ( Svenska kommunfrbundet, 1996). 2.2.2 Kemisk rening Vid kemisk rening tillstts fllningskemikalier till avloppsvattnet s att frmst fosforfroreningar i form av ortofosfat (lst fosfor) ska fllas ut. Den utfllda fosforn avskiljs sedan i sedimenteringsbassnger. Som fllningsmedel anvnds framfrallt metalljoner som aluminium- och trevrt jrnjoner. Dessa metalljoner har frmga att bilda svrlsliga fosfatfllningar men ven flockbildande hydroxidfllningar( Svenska kommunfrbundet, 1996). Enligt Kemira,(1990) bildas Fe3+ fllningar vid de kemiska reaktionerna nedan: 3Fe3+ + 2PO43- + 3H2O (FeOH)3(PO4)2 + 3H+ Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ Den bildade aluminium- eller jrnhydroxiden r ett vldigt effektivt flockningsmedel som binder till sig bde suspenderade material och lsta mnen genom absorption respektive adsorption. Dessa bidrar till en hg reduktion av bde organiskt material och fosfor. Vid kemisk fllning uppgr fosforreduktion till 80 % - 90% beroende p vilket fllningsfrfarande och vilka fllningskemikalier som anvnds. Utfllning och flockbildning r ocks pH-beroende ( Svenska kommunfrbundet, 1996). Fllningseffektiviteten fr trevrda jrnsalter r hg vid pH-intervall av 4-8 (Kemira, 1990). Avskiljning av organiskt material kan ven hjas genom dosering av polymer, ett flockningshjlpmedel, tillsammans med fllningskemikalien. Detta medfr bttre flockbildning och drmed hgre avskiljningsgrad (Svenska kommunfrbundet, 1996). Beroende p var i reningsverket fllningskemikalien tillstts skiljer man p fyra olika fllningsfrfaranden nmligen direkt-, fr-, simultan- och efterfllning. Vid direkt- och frfllning eller efterfllning genomfrs den kemiska fllningen fre respektive efter det biologiska steget. Vid simultanfllning sker den kemiska och biologiska behandlingen i samma steg. Det finns ven olika modifikationer dr en kombination av de olika fllningsfrfarandena anvnds (Svenska kommunfrbundet, 1996). 2.2.3 Biologisk rening med aktivslam process Vid biologisk rening i en aktivslamanlggning utnyttjas den naturliga reningsprocessen. Med hjlp av mikroorganismer frmst bakterier avlgsnas organiskt material, kvve och fosfor. I denna reningsprocess ska mngden syre och mikroorganismer vara tillrckliga fr att uppn hg nedbrytningshastighet. I figur 2.2.3 nedan visas en konventionell aktivslamanlggning. Vid modifiering av den biologiska processen kan ven en effektive biologisk kvve- och fosfor reduktion uppns. En frutsttning fr en effektiv biologisk kvve- och fosfor reduktion r tillgng av lttnedbrytbart organiskt material( Svenska kommunfrbundet, 1996).

  • 4

    Figur 2.2.3 Principskiss av en aktivslamprocess I. Reduktion av organiskt material Organiskt material oxideras till koldioxid, vatten, fosfat- och ammoniumjon i en aktivslam anlggning med hjlp av mikroorganismer. Samtidigt omvandlas en hel del organiskt material till biologiska flockar fr att sedan kunna avskiljas i sedimenteringsbassngerna som verskottslam(Svenska kommunfrbundet, 1992). Principen fr omvandling av organiskt material i aktivslamprocessen beskrivs schematiskt i figur 2.2.4.

    Figur2.2.4 Reduktion av organiska material i aktivslamprocess II. Biologisk Kvvereduktion Vid biologisk behandling av avloppsvatten tas en del kvve upp i det aktiva slammet s.k. kvveassimilation och avskiljs sedan i form av ett verskottslam (bioslam). Framfr allt reduceras kvve genom nitrifikation och denitrifikation. I dessa tv delprocesser utnyttjas bakterier fr att verfra kvvet till gasfas, kvvgas (N2), som avgr till atmosfren. Avloppsvatten innehller frmst kvve i ammoniumform. Nitrifikation uppstr d det ammoniumrika vattnet syrestts. Nitrifikation r en aerob process i tv steg. Frst oxideras ammoniumjoner (NH4+ ) till nitritjoner (NO2-) med hjlp av Nitrosomonas varefter oxideras nitritjoner till nitratjoner (NO3-) med hjlp av Nitrobakter( Svenska kommunfrbundet, 1996). Reaktionerna beskrivs nedan med fljande formler: NH4+ + 1.5O2 NO2- + H2O + 2H+

    celler

    substrat O2

    celler

    substrat CO2 H2O PO43- NH4-

    Slam Slam

    Org.material

    Ofrbrukad Org.material

    Luftningsbassng Sedimenteringsbassng

    verskottslamReturslam

  • 5

    NO2- + 0.5O2 NO3- NH4+ + 2O2 NO3- + H2O + 2H+ (Totalreaktion) I denna reaktion frigrs vtejoner och enligt Le Chateliers princip gynnas den nitrifikationsprocessen vid lg H+ koncentration dvs. vid hga pH-vrde, optimalt 8-8.5. Nitrifikationshastigheten r vldigt temperaturberoende och minskar med sjunkande temperatur s drfr krvs en hg slamlder dvs. lngre slam uppehllstid i de aeroba zonerna. I allmnhet anser man att vid 15 oC kan slamlder uppg till ca 5-7 dygn ( Svenska kommunfrbundet, 1992). Vid denitrifikation reduceras nitratjoner till kvvgas via oxidation av organiskt material i syrefri milj. Oxidation sker d med hjlp av det syre som finns bundet i nitrat joner dvs. i anoxisk milj. Denitrifikation beskrivs med fljande reaktionsformel (Kemira, 1990): 2NO3- + H3+ + organisktmaterial N2 + HCO3- Tillgng till bde nitratjoner och ltt nedbrytbart organiskt material (BOD) i en anaerob milj r en frutsttning fr en vl fungerande denitrifikationsprocess. Processen r inte lika knslig som nitrifikationsprocessen drfr skall nitrifikation alltid prioriteras fre denitrifikation s att tillrcklig mngd nitrat finns . Denitrifikationshastigheten varierar med temperatur men r inte lika temperaturknslig som nitrifikationshastigheten. Dock stark beroende av vilken extern kolklla som anvnds (Kemira, 1990). Kvvereduktion i en aktivslam process r en kombination av nitrifikation och denitrifikation dr avloppsvattnet passerar vxelvisst genom anoxiska och aeroba zoner. Det finns olika processutformningar en variant r aktivslamprocess med frdenitrifikation . I denna process sker denitrifikation fre nitrifikation . Hr tas tillvara det organiskrikt inkommandet vattnet direkt i de anoxiska zonerna och drmed minskar dosering av extern kol klla. Nitratrikt vatten mste d recirkuleras frn de aeroba zonerna dr nitrifikation sker( Svenska kommunfrbundet, 1992). Processen beskrivs schematiskt i figuren nedan.

    Figur 2.2.5 Processutformningar i en aktivslam anlggning med frdenitrifikation

    Sed.

    Slamrecirkulation

    verskottsslam

    recirkulation

    Anoxisk Aerob

  • 6

    III. Biologisk fosforreduktion Vid biologisk rening tgr en viss mngd fosfor i form av ortofosfat vid mikroorganismernas tillvxt och frs bort som verskottsslam. En effektive fosfor reduktion kan dremot uppns genom s.k. lyxupptag av fosfor. Fr att detta ska ske mste mikroorganismerna passera tminstone en aerob och anaerob zon. I den anaeroba zonen tas lttnedbrytbara organiska material upp av mikroorganismerna samtidigt som ortofosfat frigrs. I den aeroba zonen utnyttjas sedan den lagrade energin i samband med upptagning av lst fosfor, ortofosfat. Det fosfat som tas upp lagras i form av polyfosfat, energirika freningar, och anvnds bland annat vid upptagning av organiska material. Detta resulterar ett nettoupptag av fosfat eftersom den mngd ortofosfat som tas upp r strre n den som frigrs (Henze, 2000, Borglund, 2003). Detta exemplifieras schematiskt i figuren nedan.

    Figur III. En principskiss ver bio-P processen I nrvaro av nitrat i den anaeroba zonen dvs. i en anoxisk milj, aktiveras dremot de denitrifierande bakterierna som utnyttjar en del av de lttnedbrytbara organiska materialen vilket drmed str bio-P processen(Henze, 2000, Borglund, 2003). 2.3 Froreningsparametrar Nedan fljer en kortfattad beskrivning fr de olika parametrar som frekommer vid berkningar av massbalanser. 2.3.1 BOD Biokemisk syrefrbrukning, BOD, r den mngd syre som frbrukas eller oxideras vid nedbrytande av biologiskt material. Oxidationen sker med hjlp av mikroorganismer och beroende p frvaringstidens lngd (5-7 dygn) anges resultatet som BOD5 eller BOD7 i gO2/m3. Metoden anvnds fr att bestmma lttnedbrytbara organiska mnen i avloppsvattnet( Svenska kommunfrbundet, 1996). 2.3.2 Totalkvve och totalfosfor Kvve frkommer i avloppsvattnet i fljande former:

    Organiskt bundet kvve Oorganiskt kvve i huvudsak ammoniumkvve(NH4-N)

  • 7

    Totalkvve (tot-N) utgr summan av organiskt bundet kvve, ammoniumkvve, nitritkvve (NO2-N) och nitratkvve (NO3-N). Nitrit och nitrat frekommer vanligen inte i obehandlat avloppsvatten. Dessa kvvefreningar bildas emellertid vid denitrifikation och nitrifikation. Totalfosfor anger vattnets totala innehll av bde organiskt bundet fosfor och oorganisk fosfor. Oorganisk fosfor bestr av polyfosfat som r en lng rad ortofosfat och ortofosfat (PO43-). Av den totala mngden fosfor utgrs ungefr hlften i lst form i huvudsak ortofosfat ( Svenska kommunfrbundet, 1996). 2.3.3 Suspenderad substans (SS) Suspenderad substans r ett mtt p mngden fasta partiklar i avloppsvattnet. Suspenderad substans kan uppdelas i en sedimenterbara och kolloidala, icke sedimenterbara partiklar(svenska kommunfrbundet, 1992). 2.3.4 Torrsubstans (TS) Torrsubstans r ett mtt p den totala froreningsmngden i avloppsvattnet. Torrsubstans utgr summan av fasta och lsta mnen och anges i % torrsubstans. Analysen anvnds frmst fr att karakterisera slam( Svenska kommunfrbundet, 1996). TS = SS + i vatten upplsta mnen Hur mycket vatten ett slam innehller kan drfr berknas med fljande formel: Vatteninnehllet (%) = 100 TS i % Fljande approximation gller fr slammets innehll av fasta partiklar: 0,5 % TS = 5000 mg SS/l 1,0 % TS = 10000mg SS/l 5,0 % TS = 50000 mg SS/l 30 % TS = 300000 mg SS/l 2.4 Driftparametrar vid aktivslamprocessen Effektiviteten eller reningsgraden i en aktivslamprocess pverkas av en rad faktorer varav de viktigaste r temperatur, syrehalt, slammngd, slammets sammansttning och tillfrsel av nring. Samtliga faktorer r frknippade med varandra och krver god vervakning fr att rtta tgrder vidtas vid frmst slamhantering under olika betingelser. Driftkontrollen i en aktivslamprocess innefattar bland annat reglerande av returslamfldet, recirkulationsfldet och uttaget av verskottslam. Den syftar till att ge den en gynnsam milj med tillrckligt mngd mikroorganismer fr att bryta ner organiskt material, nitrifiera och denitrifiera ( Svenska kommunfrbundet, 1996). Driftparametrar liksom slambelastning, slamlder och slamindex r tre av mnga verktyg som frser oss med bra information vid slamhantering i en aktivslamprocess. 2.4.1 Slambelastning Slambelastning anger frhllandet mellan tillfrd mngd organiskt material (BOD7) per dygn och befintlig mngd mikroorganismer (slammngd) i luftningsbassngen. Frenklat kan det beskrivas som ett mtt p hur mycket nring som tillfrs varje enskild mikroorganism per dygn( Svenska kommunfrbundet, 1996). Slambelastningen berknas enligt:

  • 8

    Slambelastningen= Q = fldet, m3/d V = luftningsbassngens volym, m3 Slambelastningen r uppdelad i tre huvudgrupper: Hgbelastad = 0,7-1,5 kg BOD7/kg SS, d Normalbelastad = 0,3-0,7 kg BOD7/kg SS, d Lgbelastad = 0,05-0.3 kg BOD7/kg SS, d Genom att slamhalten anpassas till tillfrd mngd organiskt material (BOD7) kan man vlja vilken slambelastning som skall rda i bassngen. P det sttet kan man till exempel kontrollera bde denitrifikation och nitrifikation. Nitrifikation fs vid lg belastning. Om nitrifikation ska undvikas vljs en normal eller hgbelastad process( Svenska kommunfrbundet, 1996). 2.4.2 Slamlder Slamlder r en annan viktig parameter vid driftkontroll i en aktivslamprocess. Den anger den genomsnittliga tiden som en slampartikel luftas dvs. slammets aeroba uppehllstid i dygn. Slamlder r ett mtt p den befintliga slammngden i luftningsbassngen i frhllande till mngden slam som tas ut frn processen per dygn. Den berknas enligt. Slamlder = V = luftningsbassngens volym, m3 Qut = utgende flde frn biosteget, m3/d Q = verskottsslamflde, m3/d SSm= medelslamhalt i luftningsbassngen, g SS/m3 SSut= SS-halt i utgende vatten frn biosteget, g SS/m3 SS= SS-halt i verskottsslammet, g SS/m3 I en aktivslamprocess har de nitrifierande bakterierna lg tillvxthastighet, som minskar med sjunkande temperatur. Fr att de bakterierna skall hinna vxa till krvs drfr en tillrcklig hg slamlder och drmed en hg slamhalt. Slamlder mste anpassas frmst efter temperatur och slambelastning fr att kunna gynna nitrifikation samtidigt mste vldigt hga slamldrar undvikas fr att slammets kvalitet och egenskaper inte skall frsmras. I en normalbelastad aktivslamprocess br slamldern vara 3-4 dygn ( Svenska kommunfrbundet, 1996). I Slottshagens reningsprocess sker en hg reduktion av organiskt material ver det mekaniska/kemiska blocket. Detta medfr att slambelastningen i biosteget minskar vilket resulterar i att hg slamlder kan uppns.

    Q * BOD7 ( kg BOD7/kg SS, d) V * SS

    V * SSm _____ Q * SS + Qut * SSut

  • 9

    2.4.3 Slamvolymindex Slamvolymindex eller slamindex r ett mtt p slammets sedimenteringsegenskaper. Ju lgre vrde desto bttre sedimenterar slammet ( Svenska kommunfrbundet, 1996). Den berknas med fljande formel: Slamindex = SV = slamvolym, ml/l SS = slamhalt, mg/l 2.5 Massbalans I en massbalansunderskning skall all transport frn och till ett system (reningssteg) kunna identifieras. Det r drfr absolut ndvndigt att ett system avgrnsas p ett relevant stt. Vid varje strm som passerar det avgrnsade omrdet skall finnas en provtagningspunkt fr att ta reda p de olika strmmarna och deras innehll ( Judd, 2002). En massbalans i en vattenreningsprocess har allmnt formen: Massflde in = Massflde ut + Ackumulerat Vid stationra frhllanden, dr ingen ackumulation sker i systemet, frenklas dock uttrycken vilket framgr av ekvationen nedan. Massflde in = Massflde ut

    100 * SV (ml/g) SS

  • 10

    3. Slottshagens reningsverk Verket r belget i Norrkping och skts av Norrkping Vatten som gs av kommunen. Det r dimensionerat fr 200 000 p. e. och 10800 m3/h flde innehllande maximalt 14 ton BOD7, 2.2 ton totalkvve och 450 kg totalfosfor per dygn. Dagens belastning uppgr till ca 150 000 p. e. Reningsprocessen omfattas av tre reningssteg: mekaniskt, kemiskt och biologiskt. Anlggningen har aktivslamprocess som modifierad kontaktstabilisering med frdenitrifikation. Hr tas innehllet av organiskt material i inkommande vatten tillvara fr denitrifikation samtidigt luftas returslammet i en selektorzon. I denna zon aktiveras de nitrifierande bakterierna s att ammonium i de recirkulationsstrmmarna oxideras och drmed tillfrs tillrckligt hg mngd nitrat till de anoxiska zonerna . Avskiljt slam i form av primrslam frn frsedimenteringsbassngerna och biologiskt verskottsslam behandlas i en rtningsanlggning. Efter rtningen avvattnas slammet och transporteras bort medan rejektvattnet frn avvattning behandlas i en SBR-anlggning (satsvis biologisk rening). I SBR-et sker en effektive reduktion av totalkvve i rejektvattnet som r av stor betydelse vid minskning av den interna belastningen. Vattenflde till reningsprocessen r begrnsat till 10800 m3/h. Endast flde som r mindre n 3000 m3/h genomgr fullstndig behandling. Flde hgre n 3000 m3/h mindre n 6000 m3/h genomgr mekanisk/ kemisk rening. Detta flde bddar ut och passerar frbi det biologiska steget. Flden ver 6000 m3/h passerar endast rensgaller innan det slpps till recipienten. Hela reningsprocessen tar ca 14-15 timmar innan det renade vattnet slpps slutligen ut i Motala Strm och vidare till Brviken. 3.1 Processbeskrivning Inkommande vatten till verket genomgr mekanisk kemisk och biologisk rening. Detta beskrivs schematiskt i figur 3.1.

    Figur 3.1.1. Processchema ver Slottshagens reningsprocess med utmrkta provtagningspunkter Det inkommande vattnet lyfts med tre stycken snckpumpar och leds till ett luftat sandfng. Drefter passerar vattnet tre rensgaller med ett spaltavstnd p 3mm och vidare till ytterligare

    Mek/kemisk Rening Biologisk Rening kemisk Rening

    Ink MR BIO

    UtgE

    UtgPS BS KS

    galler

    sandfng

    Fsedd.bass luft.bass Msedd.bass Esedd.bass

  • 11

    tv sandfng dr de strre partiklarna grovrensas och sand avlgsnas. Efter sandfnget frdelas vattnet till fyra parallella sedimenteringsbassnger dr de strre partiklarna avskiljs och frs bort med primrslammet till slambehandling. Hr kombineras frsedimenteringen (mekanisk rening) med kemisk rening dr dosering av fllningskemikalien i form av jrnklorid sker efter gallret. Efter den mekaniska och kemiska reningen leds vattnet via en kanal och frs ihop med det dekantat frn SBR-et till det biologiska reningssteget. Inkommande fldet till det biologiska blocket frdelas till det nya och det gamla blocket. I normalfall gr ungefr 50 % av det inkommande fldet till linje 1-3 (den gamla linjen) och 50 % till linje 4 (den nya linjen). Det biologiska steget bestr av tv block den gamla tre luftningsbassnger linjen1-3 och en ny separat luftningsbassng linje fyra . Varje block r kopplat till var sin mellansedimenterings-bassng. Det biologiska slammet avskiljs i mellansedimenteringsbasssngerna. Det avskilda slammet terfrs kontinuerligt till inloppen av respektive luftningsbassng. En del av slammet tas ut som verskottsslam fr vidare behandling. Returslamfldet regleras proportionellt mot inkommande fldet till det biologiska steget. Den totala luftningsvolymen i det gamla blocket r ca 10200 m3 medan i det nya r ca 4200 m3. Linjerna L1-3 i det gamla blocket och den nya linjen r indelade i tio respektive tta separata zoner dr vattnet vxelvis passerar genom anoxiska och aeroba zoner. Zonindelning varierar, en del zoner r utrustade med bde luftare och omrrare och kan fungera som anoxiska eller aeroba zoner. Dessa anpassas fr att kunna mta de olika driftalternativ och frutsttningar under ret s att en bra biologiska kvvereduktion ska garanteras. Vid normal drift utnyttjas ca 50 % av volymen i aktivslamanlggningen fr denitrifikation men mjlighet finns att driva anlggningen med ca 25 % anoxisk volym och ca 75 % aerob volym. Det fallet med strsta luftad volym r lmpligt fr vinterdrift dr vattnet r kallt och nitrifikationshastigheten r lg . Detta grs fr att kunna uppn tillrckligt hg slamlder och drmed bttre nitrifikationshastighet. Inkommande vattnet till biosteget tillfrs frst till anoxzonerna i mitten av luftningsbassngerna dr organiskt material utnyttjas som kolklla fr denitrifikation. Mngden ltt nedbrytbart organiskt material r inte tillrckligt och anses som en begrnsad faktor vid denitrifikation. Drfr behvs det tillsattas etanol som extern kolklla. Under tillsttning av stora mngder syre i de aeroba zonerna aktiveras de nitrifierande mikroorganismerna dr ammonium nitrifieras till nitrat. Genom kraftig recirkulering terfrs nitratrikt vatten frn de aeroba zonerna till de anoxiska zonerna, samtidigt recirkuleras ammoniumrikt vatten till de aeroba zonerna Sista steget av reningsprocessen utgrs av efterfllning. I det steget sker ytterligare dosering av jrnklorid s att frmst fosforhalten i utgende vatten skall hllas p en extrem lg niv. Det kemiska slammet avskiljs i slutsedimenteringsbassngerna och utgrs frmst av s.k. jrnslam. Det slammet recirkuleras tillbaka till processen och utnyttjas som fllningsmedel vid frfllning. Avsatt slam i eftersedimenteringsbassngerna skrapas till fem slamfickor. Var ttonde minut ppnas en ventil i respektive slamficka i 30 sekunder fr tmning till ett magasin dr ifrn pumpas sedan vidare till inkommande flde. Hela cykeln tar ca 40 minuter.

  • 12

    Den kemiska reningen sker med tvpunkts dosering av jrnklorid. Jrndosering sker kontinuerligt och regleras proportionellt mot det inkommande fldet till en viss grns i det frsta punkten medan i den andra punkten regleras den proportionellt mot fosfatfosforhalten. 3.2 Reningskrav De hrdare utslppsvillkoren fr havs- eller kustvattenomrden stller hgre krav p Slottshagens avloppsreningsverk. Enligt gllande tillstnd ska rsmedelvrdet och utslppsgrnser p utgende halter vara: Totalfosfor 0,3mg/l Totalkvve 10 mg/l BOD7 10 mg/l

  • 13

    4. Massbalans Massbalansen har utfrts fr reningsprocessen. I systemet ingick de tre reningsblocken: mekaniskt och kemiskt, biologiskt och kemiskt . Rejektvatten samt dekantat frn SBR-et som kommer tillbaka frn slambehandlingsprocessen anses som inkommandet fldet till reningssystemet. Figur 4 ger en enkel versikt ver hur de olika froreningarna frdelas i reningsprocessen.

    Figur 4. versikt ver frorenings frdelning i reningsprocessen Massbalansen p totalfosfor utgr en referens fr massbalansen fr de andra parametrarna eftersom fosfor inte kan avg i gasform. Detta framgr ven av figur 4. Massbalansunderskningen anvndes som en utgngspunkt fr att framstlla berknings- modellen som kommer att underltta fr framtida berkningar. Samtidigt illustrerar den de faktorer som behver tgrdas vid vidare massbalansstudier. 4.1 Metod 4.1.1 Provtagningspunkter Varje reningsblock av de ovan nmnda r avgrnsad av tre provtagningspunkter, tv vid respektive reningsblockens in- och utlopp och en vid slam uttag. Vid provtagning anvndes de provtagningspunkter varifrn driftproverna tas. Fr att ta reda p halterna i returslammet i respektive bioblock tas proverna vxelvis direkt frn pumpen. Ett processchema dr ven provtagningspunkterna markerats visas i figur 3.1.1. 4.1.2 Fldesmtning Fldesmtningen utgr grunden fr berkningar av froreningstransport och reduktion i en massbalansunderskning. Inkommande flde till verket mts kontinuerligt i inloppet till sandfngen ver en parshallrnna. Rnnan r utformad s att fldesmtningen r en funktion

    verskottsslam

    Primrslam

    Ink.flde Utg.flde

    CO2 N2

    BOD Ntot Ptot BOD

    Ntot Ptot SS

    BOD Ntot Ptot

    reningsprocess

  • 14

    av uppmtta vattenniver. Fldesmtare kalibreras tv gnger per mnad. Kontinuerlig fldesmtning utfrs ven p utgende renat vatten. Slamflde regleras frutom av pumpflde ven av ventilernas olika instllningar dvs. ventilens drift respektive paustid. Fldesmtning p verskott samt kemslam har berknats som funktion av ventilernas drifttid och pumpens uppskattade flde. Vrden fr de olika flden redovisas i Bilaga 3 respektive 4. 4.1.3 Provtagning Dygnsprover togs vid inloppet respektive utloppet till varje reningsblock . Provtagning sker kontinuerligt med hjlp av provtagningspumpar som regleras eller justeras proportionalt mot flde. Vid vriga provtagningspunkter dvs. vid provanalys p slammet togs stickprover. Nedan presenteras en lista ver de provtagningspunkter som anvnts vid sammanstllning av massbalanser och vad fr provtyp som anvndes, se Tabell 4.1.3. Tabell 4.1.3. tillgngliga provtyp i respektive provtagningspunkter Artikelnamn Provtyp * Slottshagens Ink Dp Slottshagens MR Dp Slottshagens BIO Dp Slottshagens UtgE Dp Slottshagens Utg Dp Slottshagens Primrslam sp Slottshagens Bioslam sp Slottshagens Kemslam sp * Dp: dygns prov. sp: stickprov 4.1.4 Analyser Samtliga analyser har utfrts p Slottshagens ackrediterade laboratorium. Proverna undersktes med avseende p halterna totalkvve, totalfosfor och suspenderade substans. Fr att at ta reda p de organiska variabel har BOD7 valts som analysmetod. Proverna ver bioblocket undersktes ven med avseende p halterna av ammoniumkvve, nitratkvve och fosfatfosfor. I tabell 4.1.4 finns en frteckning ver de analysmetoder som anvnds fr respektive variabel, mtomrde samt mtoskerheten i procent fr varje analysmetod. Samtliga analysvrden anges i mg/l. Tabell 4.1.4.En frteckning ver en del av de metoder som anvnds p Slottshagens Lab.

    Analysvariabel Metod (Referens) Mtoskerhet Mtomrde Ammonium som kvve f.d.SS-EN ISSO 11732 +/- 7 % 0,05-10 mg/l Fosfat som fosfor f.d. SS 028126 +/- 7 % 0,01-0,8 mg/l Fosfor total ISO/CD 15681 (FIA) -/- 5 % 0,01-1,0 mg/l Kvve totalt SS-EN ISO11905 (FIA) +/- 9 % 0,2-5,0 mg/l Nitrat som kvve LCK 339, Dr Lange 0,25-12,5 mg/l Nitrat/Nitrit som kvve ISO 13395 (FIA) +/- 4 % 0,0005-5,0 mg/l Suspenderande mnen, TS SS-EN 872:2005 +/- 14 % > 2,5 mg/l Torrsubstans SS 028113 +/- 15 % > 0,1 %

  • 15

    4.1.5 Berkningar Massbalansen berknades med halter fr totalkvve, totalfosfor, suspenderat material och flden under fljande datum: 8, 14, 22 maj . Massflden med avseende p halterna av ammoniumkvve, nitratkvve och fosfatfosfor ver det biologiska steget har ocks berknats. Dessa parametrar har stor betydelse fr den biologiska reduktionen. Suspenderat materials, kvve- och fosforreduktionen fr respektive reningssteg rknades ut i procent enligt formeln. Reningseffekt = inkommande mngd(p) utgende mngd(p) * 100

    Inkommande mngd (p) I bilaga 3 resp. 1 redovisas data ver de uppmtta flden och koncentrationer. Mtvrdet p inkommandet fldet har anvnts som utgngspunkt fr att berkna vriga vatten flden. Skillnaden mellan ingende och utgende slamflde r lika med vattenflde ur blocket. Medelvrde p flden och halterna har anvnts vid berkningar av massflden fr de olika variablerna. Massflden har berknats enligt ekvationen: Massflde (parameter) i kg/dygn = koncentration(p) i mg/l * 10^-3 (omvandlingsfaktor frn mg till kg och liter till m3 ) * ingendeflde i m3/dygn.

  • 16

    5. Resultat och diskussion 5.1 Massbalansen ver det mekaniska och kemiska blocket Detta block bestr av rensgaller, tv sandfng och frsedimenteringsbassnger. I figur 5.1 presenteras resultatet av massbalansen ver det mekaniska/kemiska blocket. Av figuren nedan framgr ocks de flesta strmmar som har passerat systemet. I inkommandet fldet ingick ven rejektvattnet frn silbandpress och kemslammet frn eftersedimenteringsbassngerna. En del strmmar som t. ex jrndosering och fettavskiljning r s lgt att det inte har ngon pverkan p massbalansen.

    Figur 5.1.1. Massbalanser ver det mekaniskt/kemiskt blocket. Massmngder redovisas i kg/dygn I detta steg avskiljdes ca 38 % av inkommande fosforn med primrslammet. Enligt litteraturen kan andelen fosfor som avskiljs variera mellan 30- 60% beroende p sedimenteringsbassnger utformning och naturligtvis mngden doserat jrnklorid. Inkommande totalkvvemngd var 1704 kg med utgende totalmngd p 1299 kg detta innebr en 26 % -ig kvvereduktion ver det mekaniska och kemiska blocket. Mngden suspenderat material i inkommande vatten var 12636 kg. Den utgende mngden reduceras till 2782 kg med reningseffekt p 78 %. Av resultatet framgr att reningsgraden ver det steget var ganska bra och stmmer verense med de teoretiska vrden eller de dimensionerande vrden i Slottshagens reningsverk. Massbalansen ver det blocket gick inte ihop vare sig fr fosfor eller fr de andra parametrarna. Detta berodde p en rad faktorer. En del inverkade direkt p mngderna dr bde det uppmtta fldet och koncentrationen ingick. Andra faktorer som skulle ha en vis pverkan p massbalanserna r vissa strmmar man inte tagit hnsyn till. Dessa faktorer beskrivs i mer detalj nedan. Frst har en del uppskattningar gjorts utifrn tidigare resultat fr att ta reda p mngden suspenderat material som tas bort vid gallrensning och sandfng. Mngden uppgick till 1220 kg per dygn. Vid gallrensning frs ven en del organsikt material bort och eftersom det inte finns ngon provtagningspunkt s gr det inte att ta reda p mngden organisktmaterial som ven bestr av organiskt bunden fosfor och organiskt bundet kvve. Detta skulle kunna ha pverkan p massbalansen fr bde kvve och fosfor. En provtagningspunkt vid fldesmtare

    galler

    Frsedimenteringsbass. & SandfngBOD= 8708 Ntot = 1704 Ptot = 322 SS = 12636

    SS = 1220

    Ink.flde Mek./kem. renat BOD= 3818 Ntot = 1299 Ptot = 154 SS = 2782

    Brdd.gal.rensat

    Primrslam

    Reningsgrad Ntot = 322Ptot = 123 SS = 10304 Ntot = 26 % Ptot = 52 %

    SS = 78 % BOD= 56%

  • 17

    skulle frbttra resultatet och kan ven anvndas fr att ta reda p massfldena vid eventuella brddningar. Fettavskiljning ingick inte i massbalansen eftersom den r en liten mngd och drfr ansgs inte pverka den. Dessutom frs rejektvatten efter sandavvattning intill provtagningspunkten, detta innebr att halterna p det vattnet mts tv gnger. Analyser p detta bodde gras fr att bedma om detta kommer ha pverkan eller inte. Ytterligare en faktor som har en signifikant pverkan p massbalansen r att stickprovet p primrslammet varierade kraftigt mellan enskilda provtagningstillfllen. Detta framgr av figuren 5.1.2 nedan. Halterna i inkommandeflde varierar starkt vid vissa tillfllen beroende p externslammets kvalitet som frs in med det inkommande vattnet eller p stora fldesfrndringar. Detta antyder stora variationer i slammets sammansttning. Nr stickprovet tas vid bara ett tillflle d kanske belastning r hg kommer detta att ha stor inverkan p mngderna och vrdet p medelkoncentrationen kan vara missvisande.

    SS i Primrslamet

    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    03-maj 08-maj 13-maj 18-maj 23-maj 28-maj 02-jun

    SS-h

    alte

    n (m

    g/l)

    Figur 5.1.2. SS-halter uppmtta frn stickprov p primrslammet. I syfte att verifiera detta togs ett antal stickprov p primrslammet under flera tillfllen per dagen och analyserade med avseende p TS-halten. Resultatet redovisas i figur 5.1.3 nedan.

  • 18

    TS i Primslamet vid flera tillflle per dygn

    3

    3,3

    3,6

    3,9

    4,2

    4,5

    4,8

    08:00 09:12 10:24 11:36 12:48 14:00

    TS-h

    alte

    n i %

    Figur 5.1.3. TS-halter uppmtta frn stickprov p primrslammet per dygn. Fr att f ett representativt prov drfr behvs ett antal stick prov p primrslammet vid flera tillfllen per dygn. Stora variationer i slammets sammansttning kan ocks betyda stora frndringar i slammets egenskaper. Detta kommer att pverka bde reningsprocessen och slambehandlingsprocessen med tanke p bland annat slambelastning respektive slammets sedimenterings egenskaper. Vid jmfrelse av fldesmtning mellan mtvrden p inkommande- och utgendevatten framgick att mtvrdet p utgende var i lgre n det berknade vrdet som fs utifrn mtvrdet p inkommandefldet. Detta borde underskas och tgrdas. Vid befintliga fldesmtare kan detta stadkommas genom att infra en fldesbalans ver hela anlggningen. Skillnaden i det uppmtta och berknade vrdet finns i tabell 4.1 i bilaga 4.

  • 19

    5.2 Massbalansen ver det biologiska blocket I det systemet ingick frutom bio- ven mellansedimenteringsbassngerna. Provtagning har skett p inkommande vatten till det biologiska blocket dr det kemiska mekaniska renat vatten gr ihop med vatten som kommer frn SBR-et. Etanoldosering ingick inte i massbalansen eftersom mngden doserat var liten och ansgs ej pverka resultatet. I figur 5.2 nedan redovisas resultatet av massbalansen ver det biologiska steget.

    Figur 5.2. Massbalanser ver det biologiska blocket. Massmngder redovisas i kg/dygn Av resultatet framgr att ungefr en tredjedel av det inkommandet fosforfldet bestod av ortofosfat resten r antigen jrn eller organiskt bunden. I det mekaniskt/kemiskt blocket regleras jrndoserig proportionellt mot inkommande flde dessutom recirkuleras en mngd jrn med kemslammet. Detta resulterar bland annat i en hg reduktion av bde ortofosfat och organiskt material ver det steget. Detta framgr ven av resultaten som redovisas i figur 5.1. Inkommande fosfatmngd till bioblocket var 46 kg med utgende mngd 6 kg och en vldigt liten mngd, nstan ingenting, frdes bort med bioslammet. Detta tyder p att den strsta delen av det fosfat som gick in till bioblocket assimileras. Den hga avskiljningsgraden p ortofosfat innebr ven en lgre jrnklorid tillsattes ver det kemiska blocket dr dosering r proportionellt mot halter av fosfatfosfor. Mngden fosfor som frdes bort med verskottslammet var ca 40 % av det totala. Totalt sker en 66 % -ig fosforreduktion. Det antyder p en effektive biologisk fosforreduktion har skett ver det biologiska blocket. Av massbalansen i figur 5.2 ovan r reduktionen av suspenderat material ca 52 %. SS-belastning i frhllande till inkommande belastning till bioblocket r ca 50 %. Detta medfr en bra slamhalt med bra mngd mikroorganismer som fljd fr att oxidera organiskt material nitrifiera och denitrifiera. Inkommande kvve till bioblocket var i medeltal totalt 1471 kg/dygn av vilket cirka 80 % var ammoniumkvve. Mngden kvve som togs bort med verskottsslammet uppgick till 146 kg,

    BOD = 3711

    Ntot = 1471 Ptot = 152 SS = 2819 PO4-P = 46 NH4-N= 1150

    Ink. Bio Utg.Biorenat

    verskottsslamNtot = 146Ptot = 57 SS = 2845 PO4-P = 0 NH4-N= 1

    BOD = 819 Ntot = 505 Ptot = 52 SS = 1352 PO4-P = 6 NH4-N= 132

    Reningsgrad Ntot = 66 % Ptot = 66 % SS = 52 % BOD= 78 %

    M.Sedd.B.LuftningsBass. L1-3 & L4

  • 20

    ca 10 % av det totala. Med utgende kvvemngd p 505 kg r reningsgraden ca 66 %. Frn massbalansen framgr att cirka 820 kg kvve per dygn denitrifierades vilket motsvarar ca 74 % av det inkommande mngd ammonium. Detta krver en nitrat terfring per dygn p minst 820 kg till de anoxiska zonerna, frutsatt en fullstndigt denitrifikation. Mngden nitrat som terfrdes med recirkulation strmmarna dels med nitratrecirkulation och ammoniumrecirkulation dels med returslammet uppgick till 392 kg. Drmed terfrdes ca 447 kg ammonium med ammoniumrecirkulation och returslam till de aeroba zonerna . Frutsatt en fullstndigt nitrifikation frdes totalt ca 839 kg nitrat till de anoxiska zonerna dr denitrifikation sker ( se bilaga 2 tabell 2.5) . Massbalansen ver blocket gr inte ihop fullstndigt. Detta berodde frmst p de ver nmnda faktorer som bidrog till detta eftersom berkningen av det inkommande flde till blocket r baserad p mtvrde p inkommande fldet. Provtagningspunkter fungerade ganska bra. Avvikelse i TS-halten p verskottsslammet var vldigt lg se bilaga 2 tabell 2.4. verskottslamflde uppskattades direkt med hjlp av driftsystemet genom att kontrollera ventilens drift- och paustid dr pumpflde var 20 m3/h.

  • 21

    5.3 Massbalansen ver det kemiska blocket I detta ingick eftersedimenteringsbassngerna. Froreningar som avskiljs med kemslammet tas bort ur systemet med primrslammet och drmed utgr kemslammet en intern belastning p reningsprocessen. Massbalansen ver blocket presenteras i figur 5.3.1. Fosforhalten p kemslammet var mycket lgre den 22 maj n vid de andra provtagningstillfllena (se bilaga 1 tabell 1.1). Detta pverkade bland annat massbalansen och dessutom gjorde det att reduktionen av fosfor med kemslammet var ganska lg.

    Figur 5.3.1 Massbalanser ver det kemiska blocket. Massmngder redovisas i kg/dygn ven SS-halten var vldigt lg vid detta datum . I figur 5.3.2 visas resultat frn provtagningarna av suspenderat material p kemslammet. Av grafen framgr att avvikelse vid vissa tidpunkter var vldigt hg. Detta skulle kunna tyda p att skillnaden i TS-halten dvs. utspdning r stor mellan slamuttaget frn de fem slamfickorna. Detta borde underskas . Hr behvs ven ett antal stickprover vid flera tillfllen per dygn fr att f ett representativt prov dr de fem olika slamfickor ingr.

    Susp-Kemslam

    0

    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    3500

    4000

    28-apr 03-maj 08-maj 13-maj 18-maj 23-maj 28-maj 02-jun

    SS-h

    alte

    n (m

    g/l)

    Figur 5.3.2. SS-halter uppmtta frn stickprov p kemslammet.

    EftersedimenteringsBass.

    Ntot = 41Ptot = 14 SS = 1090

    Ntot = 427 Ptot = 8 SS = 382

    Ink.flde Utg.Eftersedd

    kemslam

    Reningsgrad Ntot = 66 % Ptot = 66 % SS = 52 %

    Ntot = 505 Ptot = 52 SS = 1352 PO4-P = 6 NH4-N= 132

  • 22

    6. Berkningsmodellen Berkningsmodellen gjordes i Microsoft Excel och anvnds som ett berkningsverktyg fr att underltta framtida berkningar av massbalanser ver Slottshagens reningsprocess. Modellen grundar sig p den genomfrda massbalansunderskningen och baseras p ett processchema ver de flden som frekommer i reningsverket och beskrivs schematiskt i figur 3.1.1. I figuren framgr ocks de aktuella provtagningspunkterna fr att identifiera och ta reda p alla strmmar som passerar systemet (det underskta omrdet eller blocket) och deras innehll. Vid berkning av det utgende fldet frn respektive block utgr modellen ifrn mtvrde p inkommandeflde och p eventuella brddningar samt berknade slamflde. Mtdata hmtas frn analyser p provtagning som finns redovisat i. Berkningar av massflden kan utfras p en dag, en mnad, ett r eller p valda perioder. Modellen r indelat i tv huvuddelar:

    1. Inmatning av data som utgrs av flde och koncentrationer och berkning av massflden.

    2. sammanstllning av massbalansen ver de ver nmnda reningsstegen samt ver hela reningsprocessen .

    I den frsta delen matas den data in som avser uppmtta flde och koncentrationer vid samtliga provtagningspunkter. Returslamflde, nitrat- och ammoniumrecirkulationsflde rknas proportionellt ut mot inkommande flde till respektive bioblocken (det gamla och det nya). Utver de tidigare nmnda provtagningspunkterna tas ven analyser p vissa zoner fr att ta reda recirkulationsstrmmar och deras innehll. Varje rad som framgr frn tabellen nedan representerar en provtagningspunkt. I de ofrgade rutorna matas analysvrdena in medan de frgade representerar de berknade vrdena. I varje frgad ruta finns dessutom frklaringar tillgngliga fr de metoderna som anvnts vid berkningarna. Modellen rknar drefter ut mngden fr de olika parametrar och placerar de i respektive provtagningspunkter.

    Tabell 6.1. Inmatning av analysvrden

    Flde Tot-P PO4-P NH4-N NO3-N Tot-N BOD7 Susp m3/dygn mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

    Ink. 47324 6,83 36 267

    Brdd.galren. 0 ej

    berknat ej

    berknatej

    berknat 0 ej

    berknat ej

    berknat ej

    berknat Mek.Renat 47002 3,28 1,01 23,3 0,0 26,94 0,0 59,1 Brdd.frsed. 1323 3,28 1,01 23,3 0,0 26,9 0,0 59,1 Inbio 45982 3,3 1 25 2 32 61,3 Bio.Renat 45509,5 1,15 0,14 2,9 11,1 29,7 Utg Eftersed 44916,7 0,17 0,02 4,3 9,5 8,5 Utg 46239,7 0,3 3,1 4,5 10 13,3 Bioretur L1-3 15173,9 165 0,19 2,1 1,3 321 0 6560 BioreturL4 10115,9 113 0,43 4,7 8,6 210 0 4540 Primrslam 322 416 0,54 42,4 890 34723 Bioslam 472 121 0,3 2,1 1,1 310 6027 kemslam 592,8 23,2 70 1838 SBR-reject 302,5 7 288 300 796 399 NH4-N-re.L1-3 20691,7 9,5 0,5 NO3-N-re.L1-3 41383,4 6,1 4 NH4-N-re.L4 13794,5 4,2 4,2

  • 23

    NO3-N-re.L4 0 Silb.rej 295 26 returslam 25290 142 0,28 3,1 4,1 278 0 5773 BioslamL1-3 288 165 0,19 2,1 1,3 321 6560 BioslamL4 184 105 0,42 4,7 8,6 210 4540

    I den andra delen sammanstlls massbalansen ver de tre reningsblocken samt ver hela reningsprocessen. Den bestr av fem blad. Det frsta tre r en till varje reningsblock, den fjrde r en detaljerad beskrivning ver det bioblocket dr ven indelnings zoner framgr. I detta steg kan ven vissa flt ndras och justeras fr att simulera olika driftfall i tanke p NH4-NO3- och slamrecirkulation. I det femte bladet r fr hela processen. I modellen beskrivs det biologiska steget mer i detalj (det fjrde bladet) fr att kunna frst se hur de olika driftalternativen pverkar belastning ver de anoxiska samt de aeroba zonerna, genom att ndra recirkulations flden. Men framfrallt fr att ha mjligheterna i framtiden fr att modifiera den redan existerande modellen fr att kunna f bttre information s att berkning av vissa parametrar liksom slambelastning, slamlder kan enkelt genomfras. Optimering av det biologiska steget kan bland annat fs genom utnyttjande av fljande driftparameter slambelastning och slamlder. Dessa parametrar kan enkelt berknas ( se kap 2.4.1-2). Med hjlp av denna information skulle bttre bedmningar kunna gras frmst vid slamhanteringen i den biologiska processen dvs. uttaget av verskottsslam och reglerande av returslamflde. S att bde tillrckligt hg slamlder och bra sedimenterings egenskaper ska kunna garanteras fr att undvika flyktslam samtidigt stadkomma hg nitrifikationshastighet. Detta steg kan nnu modifieras s att med hjlp av massbalansen kan en ytterligare optimering stadkommas. Denitrifikationshastighet och nitrifikationshastighet kan grovt uppskattas ur reducerade mngden nitrat respektive ammonium per tidsenhet i frhllande till ss-halten i anoxiska zoner respektive aeroba zoner (Norrkping vatten, 2005). De berknas av fljande formler: rd= rn= De berknade vrden kan sedan jmfras med de dimensionerande fr att kunna se om de olika zonerna utnyttjas optimalt, och drmed anvnds som ett hjlpmedel fr att utvrdera de olika driftalternative liksom recirkulationsstrmmar.

    (inkommande mngd nitrat till de anoxiska zonerna utgende mngd) i kg/dygn Slam mngd i de anoxiska zonerna

    (inkommande mngd ammonium till de aeroba zonerna utgende mngd) i kg/dygn Slam mngd i de aeroba zonerna

  • 24

    7. Slutsats Syftet med berkningsmodellen var att p ett enkelt stt rkna fram massbalanser fr kvve fosfor och suspenderat material. Modellen kan ven modifieras s att berkningar av vissa driftparametrar ocks kan genomfras. Resultaten som fs r dock beroende p det data som matas in s det r drfr vldigt viktigt att de tidigare nmnda faktorerna och framfrallt fldes mtning p inkommandevatten och provtagning p slammet utreds vid vidare underskningar. Massbalansen utgick frn mtvrden p inkommande fldet och eftersom avvikelse mellan det berknade och det uppmtta fldet lg ganska hgt s skulle det ha gett en verskattning av belastning framfr allt nr det gller suspenderat material. Det fanns brister med att ta stick prover p slamflde vid massbalansunderskningen dels berodde det p att fldes sammansttning varierade starkt vid snabba fldesfrndringar och p externslammets kvalitet som frs med inkommande flde. Dessutom berodde bristerna p variationer i froreningarnas sammansttning vid slamuttaget frn olika slamfickor. Detta har ven lett till stora oskerheter i resultaten och vrdet p medelkoncentrationer kan vara missvisande. Vattenreningen ver verket har fungerat bra under den perioden. Samtliga studerade parametrar uppfyllde de utslppskraven med utgende kvvehalt p 10 mg/l, fosforhalt p 0.3 mg/l och BOD-halt p 7mg/l. Resultaten frn massbalansunderskningen nr det gller bde belastning och reningsgrad r dock specifika fr just denna period. rliga variationer r stora avseende flde och temperatur s resultaten r jmfrbara under samma perioder. Det oerhrt viktigt att massbalansen p fosfor stmmer ngorlunda dvs. inom god marginal fr att det ska kunna ge bttre bedmningar avseende bde belastning och reduktion fr de vriga parametrarna dvs. kvve och organiskt material. Det fanns s mnga faktorer som var inblandade och spelade in s det r drfr svrt att avgra om massbalansen p fosfor stmmer marginellt. Resultatet utifrn massbalansstudier och analysvrdena visade att reduktionen av organiskt material ver bda blocken, det mekaniska/kemiska blocket och det biologiska, var vldigt hg. Dessutom framgr av detta att den inkommande mngden ortofosfat var bara en tredje del av et totala och att ven avskiljningsgrad av ortofosfat i biosteget var vldigt hg. Tillrckliga mngder av bda r en frutsttning fr en fungerande biologisk kvvereduktion. Drfr kan det vara intressant att underska fosfat- samt BOD7-behovet ver det biologiska blocket och att utvrdera om jrndosering i det mekaniska/kemiska steget ska anpassas efter mngden fosfor istllet. Detta skulle vara vrt fr att se om dessa bidra till en minskad kemikalifrbrukning (bde jrnklorid och etanol) utan naturligtvis ventyra reningseffektiviteten.

  • 25

    8. Referenser Borglund, Anna Maria. 2003. Studie av kombinerad kemisk- och biologisk p Kppalaverke. Uppsala universitet. Brandt, Nils, 2000. Milj effekter. Stockholm. ISBN 91-630-9297-2. Henze, M., Harremoes, P., Jes la Cour, J., Arvin, E., 2000. Wastewater Treatment , Biological and Chemical Processes,3rd edition. Berlin. ISBN 3-540-42228-5. Johansson, Birgitta, 2001. Stadens tekniska system. Stockholm. ISBN 91-540-5922-4. Judd, Simon, 2002. Process Science and Engineering for Water and Wastewater Treatment. London, UK. ISBN 1 900222 75 2. Kemira 1990. Handbook on Water Treatment. Kemira 2005.Vattenspegeln. Norrkping vatten, 2004-2005. Driftinstruktion Slottshagens reningsverk. Svenska Kommunfrbundet, 1992. Avloppsteknik 3, Biologisk rening. Stockholm. ISBN 91-7099-197-9. Svenska kommunfrbundet & VAV, 1996. Introduktion till avloppstekniken.

  • 26

    9. Bilagor Bilaga 1 Analysresultat Tabell 1.1 Total fosfor (mg/l) provdatum Ink MR Bio UtgE Utg Ps Bs Ruts1 Ruts2 Kems Sbr

    08-maj 7,1 3 1,6 0,17 0,19 200 116 196 48 6,4 14-maj 5,6 3,1 1 0,16 0,42 547 138 194 137 15,7 6 22-maj 7,80 3,8 0,85 0,17 0,27 502 110 106 74 5,9 8,6 Medel 6,83 3,30 1,15 0,17 0,3 416,3 121,3 165,3 105,5 23,2 7,0

    Tabell 1.2 Suspenderat material (mg/l) provdatum Ink MR Bio UtgE Utg Ps Bs Ruts1 Ruts2 Kems Sbr

    08-maj 292 57 42 8,4 14 14000 9020 7240 2820 428 14-maj 310 62 26 10 15 40100 4980 6560 4540 2360 303 22-maj 200 65 21 7,2 11 50070 4080 3460 2520 333 467 Medel 267,3 61,3 29,7 8,5 13,3 34 723,3 6 026,7 5 753,3 3 530,0 1 837,7 399,3

    Tabell 1.3 Total Kvve (mg/l) provdatum Ink MR Bio UtgE Utg Ps Bs Ruts1 Ruts2 Kems Sbr

    08-maj 38 32 15 11,8 11,1 410 421 92 723 14-maj 35 30 9,5 7,9 10,8 1110 446 279 98 799 22-maj 35 35 8,9 8,8 8,2 1150 199 197 141 21 867 Medel 36,0 32,3 11,1 9,5 10,0 890,0 310,0 321,5 210,0 70,3 796,3

    Tabell1.4 Fosfat som fosfor (mg/l) provdatum MR Bio UtgE Ps Bs Ruts

    08-maj 0,7 0,15 0,02 14-maj 1 0,12 0,02 0,54 0,41 0,19 22-maj 1,3 0,15 0,02 0,53 0,18 0,09 Medel 1 0,14 0,02 0,535 0,295 0,14

    Tabell 1.5 Ammonium kvve (mg/l) provdatum MR Bio UtgE Utg Ps Bs Ruts1 rut2 Sbr

    08-maj 25 3,5 4,5 1,7 3,5 27614-maj 21 2,4 2,5 5,3 43 3 0,83 4,7 27822-maj 29 2,8 3,3 3,3 41,8 1,6 301Medel 25 2,9 2,9 4,4 42,4 2,1 2,165 4,7 285

    Tabell 1.6 BOD-halt (mg/l) provdatum Ink MR Bio UtgE Utg

    08-maj 174 68 29 7,5 14-maj 215 76 13 7,6 22-maj 163 98 12 5,8 Medel 184 80,7 18 7,0

    Tabell 1.7 TS-halt p Primrslammet den 22 maj i %

    Tid TS-Halt i % 9:00 4.6 10:00 4.2 13:00 3.8

  • 27

    Bilaga 2 Analysresultat Tabell 2.1 NH4-, NO3-halt i NH4-rec L1-3 i (mg/l)

    provdatum NH4-halt NO3-halt 08-maj 16 0,4 14-maj 9,1 0,39 22-maj 19 0,33 medel 14,7 0,37

    Tabell 2.2 NH4-, NO3-halt i NH4-rec L4 i (mg/l)

    provdatum NH4-halt NO3-halt 08-maj 4,5 6,2 14-maj 4,2 3 22-maj 5,2 5,3 medel 4,6 4,8

    Tabell 2.3 NH4-, NO3-halt i NO3-rec L1-3 i (mg/l)

    provdatum NH4-halt NO3-halt 08-maj 5,1 6,2 14-maj 4,6 4 22-maj 3,3 5,2 medel 4,3 5,1

    Tabell 2.4 TS-halt p verskottsslammet i %

    provdatum TS-halt 08-maj 0,42 14-maj 0.6 22-maj 0,43

    Tabell 2.5 Mngden nitrat resp. ammonium som terfrdes med recirkulation strmmarna

    Nitratrec: 41383 m3/d NO3-N: 211 kg/d NH4-N: 178 kg/d NH4-rec: 34486 m3/d NO3-N: 74 kg/d NH4-N: 368 kg/d

    returslam: 25290 m3/d NO3-N: 107 NH4-N: 79 PO4-P: 7 kg/d Denitrifierades Totalt L1-4: 820 kg/d

  • 28

    Bilaga 3 uppmtta vrden p Flden Tabell 3.1 Inkommande flde i m3/dygn

    Datum Inkommande flde 08-maj 48027 14-maj 52387 22-maj 41559

    Medel flde 47324,3 Tabell 3.2 Utgende flde efter slutsedimenteringsbassngerna

    Datum UtgE flde 08-maj 38399 14-maj 38400 22-maj 33218

    Medel flde 36672 Tabell 3.3 Primrslam flde i m3/dygn

    Datum Primrslam 08-maj 354,8 14-maj 349,5 22-maj 260,8

    Medel flde 322 Tabell 3.4 verskottsslam flde i m3/dygn

    Datum L1-3 L4 08-maj 285,6 182,7 14-maj 282,8 186,2 22-maj 295,5 184

    Medel flde 288 184 Tabell 3.5 biobrddning vid luckan 2 (m3/dygn)

    Datum Biobrddning 08-maj 750 14-maj 3219 22-maj 0

    Medel flde 1323

  • 29

    Bilaga 4 Berknade vrden p flden Tabell 4.1 berknade vrde p ink-flden utifrn UtgE flden i i m3/dygn

    Datum UtgE flde berknade Ink-flde 08-maj 38399 40232 14-maj 38400 42702 22-maj 33218 34301

    Medel flde 36672 39078 Kemslam i m3/dygn 5 ventiler 8 min paustid, 30sek drifttid => hela cykeln 42,5 min Uppskattat flde 420 m3/h ! Kemsalm-flde = 60/42.5 * 2.5 (5*30 sec) *420 * 24 = 593 m3/dygn

    60 SBR-flde i m3/dygn Frn drift kurva pumpas i 55 min , 3 gnger per dygn Uppskattat pumpflde 110 m3/h. ! Flde = 55 * 110 * 3 / 60 = 302,5 m3/dygn