Avgasning av slam för ökad reningskapacitet och förbättrade slamegenskaper

Marinette Hagman, Salar Haghighatafshar, Andreas Thunberg, Jonas Grundestam, Annika Nyberg, Mats Jonasson, Maria Mases, Britt-Marie Wilén, Jes la Cour Jansen, 2013.

SAMMANFATTNING

Avgasning av aktivt slam med vakuum presenterades år 2005 som en metod för förbättring av sedimenteringsegenskaperna på anläggningar med kväverening. Kvävgas i aktivt slam brukar vara mättad på grund av luftning (varav ca 80 % av luften är N₂), samt på grund av denitrifikationsprocessen. Följaktligen produceras kvävgas inom flockstrukturen som inte kan lösas i det omgivande vattnet. Kvävgasen blir därför instängd i flocken som bubblor. Detta leder till lägre densitet av flockarna vilket försämrar sedimenteringsegenskaperna av det aktiva slammet. Genom vakuumbehandling av slam, som i fullskala sker i vakuumtornen, ökar gasbubblornas storlek varpå flockstrukturen bryts och gasbubblorna kan tillsammans med andra gaser d.v.s. syrgas och koldioxid lämna slammet. Efter återflockulering kan bättre sedimenteringsegenskaper uppnås och sedimenteringsbassängerna kan belastas högre. Därmed kan slamhalten i aktivslambassängerna ökas och en högre behandlingskapacitet erhålls. Problem med slamflykt p.g.a. dåliga sedimenteringsegenskaper har minskat kraftigt på de anläggningar som har infört avgasningsteknik i fullskala.

Avgasning av aktivt slam testades på åtta olika reningsverk med en utrustning i laboratorieskala utvecklad vid Lunds universitet. Grundparametrar avseende de testade slammen samlades in under experimenten medan vissa undersöktes specifikt både före och efter avgasning. Resultaten visar att koncentrationerna av syre, ammonium och nitrat i det aktiva slammet förmodligen inte spelar någon betydande roll med avseende på den undersökta teknikens effektivitet eller slamvolymindex, som är en vanlig uppföljningsparameter för sedimenteringsegenskaper av aktivt slam.

Resultaten tyder på att reningsverk med fullständig kväverening i aktivt slam, d.v.s. nitrifikation och denitrifikation, påverkas mest påtagligt av avgasning medan slamvolymindex på andra verk inte förändras lika mycket vid behandling av avgasning. Det bör noteras att högbelastade reningsverk med nitrifikation i nitrifierande biobäddar, d.v.s. Sjölunda ARV i Malmö och Ryaverket i Göteborg, inte påverkades alls av avgasning. Förmodligen på grund av deras processkonfiguration vilken leder till mindre bubbelbildning i flockarna.

Nitrifikations- och denitrifikationskapaciteten i aktivt slam före och efter avgasning uppskattades och utvärderades genom laboratorieexperiment. Resultaten visade att ingen signifikant skillnad i kapacitet kunde påvisas vid avgasningen av slam. Detta överensstämmer väl med mikroskopiobservationer som inte heller visar någon synlig förändring i flockstrukturen av slammet. Däremot var grumligheten av klarfasen i det sedimenterade slammet högre efter vakuumbehandling på de flesta reningsverken i jämförelse med referensen. Detta skulle kunna bero på flera frisimmande celler som har observerats och av utsläppta extracellulära polymera substanser från flocken på grund av hög skjuvspänning under behandlingen.

Resultaten visade att avgasning av slam är effektiv på anläggningar med både nitrifikation och denitrifikation i aktivslamprocessen. Även om det är svårt att dra konkreta slutsatser baserat på resultat från enbart laboratorieskaleförsök så verkar det som om effektiviteten i tekniken är främst beroende av slammets initiala slamvolymindex, vilket i sin tur oftast beror på reningsverkets befintliga processkonfiguration. Resultaten i denna studie tyder på att avgasningstekniken kan förväntas ha högre effektivitet vid reningsverk med slamvolymindex över 300 ml/g.

Ekonomisk utvärdering av fullskalainstallation visar att kostnaderna per personekvivalent bli lägre ju större reningsverket är. Detta är rimligt med tanke på att större torn kan installeras vid ett större verk och kostnaden per flöde är lägre för ett stort torn jämfört med ett litet. Avgasningstekniken kan vara ett yteffektivt sätt att öka kapaciteten på ett reningsverk och även kostnadseffektivt i jämförelse med utbyggnad av bassängvolymer för aktivt slam.

Läs hela rapporten i denna PDF