Mer vattenrening Flashcards
- I externreningssammanhang används (?) främst som en polermetod.
Redovisa två skäl till varför (?) främst används på detta sätt.
a. Adsorption
• Eftersom en externreningsprocess är ett flytt av miljöproblem så kan föroreningarna från polermetoden återvinnas till en annan process eller säljas vidare (ex USA utnyttjar återvinning av fenoler från aktivt kol [79 stycke 1]).
• Adsorption lämpar sig för att avlägsna biologiskt svårnedbrytbara organiska ämnen ut avloppsvatten, där andra mer processnära slutningsåtgärder ej är möjliga. [79 stycke 2]
b. Jonbyte (X4)
Jonbytare använd som polersteg för att avskilja kvarvarande metaljoner i avloppsvattnet. För återvinning av värdefulla komponenter. [C10] För att inte släppa ut farliga ämnen i naturen. Jonbyte används vid externreningssammanhang framförallt för att:
- I externreningssammanhang används (?) främst som en polermetod.
Redovisa två skäl till varför (?) främst används på detta sätt.
a. Adsorption
• Eftersom en externreningsprocess är ett flytt av miljöproblem så kan föroreningarna från polermetoden återvinnas till en annan process eller säljas vidare (ex USA utnyttjar återvinning av fenoler från aktivt kol [79 stycke 1]).
• Adsorption lämpar sig för att avlägsna biologiskt svårnedbrytbara organiska ämnen ut avloppsvatten, där andra mer processnära slutningsåtgärder ej är möjliga. [79 stycke 2]
b. Jonbyte (X4)
Jonbytare använd som polersteg för att avskilja kvarvarande metaljoner i avloppsvattnet. För återvinning av värdefulla komponenter. [C10] För att inte släppa ut farliga ämnen i naturen. Jonbyte används vid externreningssammanhang framförallt för att:
- Förklara vad begreppet (?) innebär. Ge dessutom ett (två)
tillämpningsexempel.
Alternativfråga 2: Enhetsoperationer som t.ex. jonbyte, omvänd osmos och ultrafiltrering används ofta för processinterna vattenrening men kan även användas för extern rening. De nyssnämnda metoderna kan användas för olika uppgifter. I samband med detta talar man om begreppen polermetod, njurfunktion, återvinningsfunktion. Förklara de tre begreppen med hjälp av tre skilda konkreta tillämpningsexempel.
a. Polermetod (X5)
En polermetod är då metoden används som ett slutreningssteg för att få ett mycket rent vatten. [84 stycke 2]
• En jonbytare i slutet av en extern reningsprocess används som en polermetod.
Jonbytaren fångar små mängder metalljoner och återvinner dem.
• Ett sandfilter används främst som slutreningssteg för att förbättra partikelavskiljningen efter t.ex. en sedimenteringsanläggning. [103 stycke
2]
b. Njurfunktion (X5)
Syftet med ”njurfunktionen” är att avskilja föroreningar som finns i gas/vätskeström för att möjliggöra en recirkulation av gas/vätskeström till processen. Användningen av ett internsteg som njurfunktion kan jämföras med vår egen njures funktion att rena blodet från farliga ämnen. [33 stycke 4 – 34 stycke 1]
• Ett exempel är en jonbytaranläggning. Inom ytbehandlingsindustrin används jonbyte mycket ofta för behandling av sköljbad till ytbehandlingsprocessen. Jonbyte används för att rena sköljbad. [sid 83 stycke 2]
• Ett annat exempel är användning av ultrafiltrering för avskiljning av bl.a. olja och fett samt partiklar i alkaliska avfettningsbad. Ultrafiltret fungerar här som en njure som avskiljer dessa föroreningar för att därigenom förlänga livslängden på badet. [sid 90 stycke 3]
Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentreationen i betbadet på en låg nivå vilket möjliggör en
effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. Jonbytaren fungerar i denna tillämpning således som en njure som avskiljer föroreningar.
c. Återvinningsfunktion. (X2)
Syftet är att avskilja komponenter i ett gas-‐ eller vätskeflöde för att sedan föra dessa ämnen tillbaka till processen. [sid 33-‐34]
Nedklassat vatten kan användas vid rening.
Omvänd osmos: Genom yttre tryck pressa vätska koncentrerad lösning genom semipermeabelt membran till utspädd lösning.
Återvinningsfunktion: Ytbehandlingsindustrin – viss uppkoncentrering och
återvinning av kromsyra (vid sköljprocess)
- Vid jonbyte är inte bara jonbyteskapaciteten en viktig faktor utan även selektiviteten. Förklara varför selektiviteten ibland är en viktig faktor att beakta.
Selektiviteten har att göra med hur bra jonerna binder till jonbytarmassan. Joner som binds bättre på jonbytarmassan kommer att tränga ut andra joner som binder sämre dvs. genombrottet kommer att vara olika för olika joner.
- Vid adsorption på aktivt kol i samband med avloppsvattenrening används ofta ingen adsorptionsbädd utan det aktiva kolet mals och blandas sedan direkt in i det vatten man vill rena. Förklara varför.
Mald aktivt kol har en hög kapacitet att binda föroreningar och därför behöver man liten mängd. Det förbättrar reningsprocessen hos en befintlig process och
försvinner med slammet. Aktivt kol har en stor specifik yta, 500 – 1500 !! /!,
vilket är en förklaring till kolets goda adsorptionsegenskaper. [75 stycke 2]
Aktivt kol kan kombineras med biologisk rening med aktivslamprocessen och kallas PACT-‐processen (Powdered Activated Carbon Treatment). Finmald aktivt kol tillsätts i luftningsbassängen i AS-‐anläggningen. Kolet med sina föroreningar avskiljs som ett slam som efter avvattning deponeras eller förbränns. Metoden ger en högre COD-‐reduktion och reningsanläggningen fungerar bättre och stabilare än en konventionell AS-‐anläggning. [79 stycke 4]
- Förklara varför ett sandfilter främst används som polermetod. (X4)
Ett sandfilter används främst som slutreningssteg, dvs. som polermetod, för att förbättra partikelavskiljningen efter t.ex. en sedimenteringsanläggning. [103 stycke 2]
- Ge exempel på två andra metoder för partikelavskiljning som kan vara lämpliga att använda som polermetod vid vattenrening. [filtrering]
Bågsil: Är en mikrofilter där silduken har mycket små öppningar (ca 20 –
100 !”). Mikrosilar kan avskilja mycket finpartikulära föroreningar och
används därför ibland som polersteg vid kommunal eller industriellt
reningsverk. [102 stycke 1]
• Skivfilter:[BILDA-‐Polering m skivfilter/OH-‐samling B2b]:
• Trumfilter
- En typ av partikelavskiljare är s.k. skivfilter.
a. Jämför användning av konventionell sedimentering med användning av en mikrosil. När (dvs. hur ska föroreningssituationen se ut) kan man tänkas använda resp. metod. Förklara!
Alternativ fråga 2: Jämför användning av ett skivfilter med användning av en konventionell sedimenteringsanläggning. När (dvs. hur ska föroreningssituationen se ut) kan man tänkas använda resp. metod. Förklara!
Skivfilter (mikrosil) utnyttjar principen att kvarhålla partiklar som är större än filtermediet (maskvidden i duken och filterkakan). Sedimenteringsanläggning utnyttjar principen av densitetsskillnader mellan partiklar och den omgivande vätskan. [101 stycke 2]
Skivfilter kräver vatten med endast mycket små partikulära föroreningar – annars igensättning. Kan användas som en polermetod. Alltså sent i processen.
Konventionell sedimenteringsanläggning använd för att avlägsna större
partiklar med hjälp av partiklarnas densitet. Används ofta som ett försteg.
- Beskriv och förklara ett konkret exempel (ett verkligt tillämpningsexempel) där man använder sig av en jonbytare som en njure i ett processteg. (5X)
Ett exempel på användning av jonbyte är för regenerering av betbad vid betning av rostfritt stål – s.k. syraretardation. Här används en stark basisk anjonbytare som fångar betbadets fria anjoner – fluoridjoner och nitratjoner -‐ medan badets föroreningar i form av metaljoner passerar jonbytaren och leds till extern rening. Vid regenerering av jonbytaren med vatten får man tillbaka betsyra dvs. fluorvätesyra och salpetersyra. Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentrationen i betabadet på en låg nivå vilket möjliggör en effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. [83 sista stycke -‐ 84 stycke 1]
- En möjlig tillämpning av jonbyte är som njure för rening av sköljbad vid exempelvis en förnicklingsprocess. Här krävs inte bara att man installerar en katjonbytare utan även ett förfilter och en anjonbytare dvs. anläggningen blir relativt kostsam. Förklara varför det inte räcker bara att ha en katjonbytare som njure. (X2)
Bild [C21-‐22]
För att inte partiklar ska sätta igen jonbytaren fordras en god partikelavskiljning innan jonbytarkolonnen. Jonbytaren är känslig och därav måste man förfiltrera. I förnicklingsprocessen hänger de positiva nickeljonerna ihop med negativa anjoner (i detta fall sulfat-‐ och kloridjoner) i vattenströmmen. Efter katjonbytesprocessen utkommer anjonerna som också måste fångas upp, därför har man även en anjonsjonbytare. Anjonbytaren fångar upp föroreningarna och släpper ut hydroxidjoner (tillsammans med Natriumjonen från katjonprocessen enl. bild).
- Beskriv och förklara hur en jonbytaranläggning för (an-‐)jonbyte är utformad och fungerar (processutformning samt delsteg i processen skall beskrivas). Förklara även hur jonbytesprocessen i sig fungerar. (X5)
[C10]
Vid jonbyte avskiljs ett laddat ämne från en vätska genom att de fästs på ett fast material (en jonbytarmassa). Jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid dessa byts mot andra som initialt sitter på jonbytaren. Vid anjonbyte byts negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller kloridjoner, se figur
3.16. [3.3.2 stycke 1] Den mättade jonbytaren regenereras sedan genom att tvättas med en liten mängd syra., lut eller saltlösning.
Jonbyte kan genomföras som en satsvis process men det är mycket vanligt att
använda (cylindriska, vertikala) kolonner med jonbytarmassa. [C16] Jonbytarprocessen kan också genomföras i en fluidiserad bädd eller tank med omrörning. [sid 82 stycke 1]
När jonbytaren blir mättad regenereras (elueras) kolonnen genom att tvätta med något basiskt ex natriumlut (dvs. natriumhydroxid som har högt pH), varvid fångade joner drivs ut igen och man får en eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [3.3.2 stycke 1]. Den aktiva gruppen i anjonbytarmassan består av olika aminer
där hydroxidjoner är lättrörliga och kan bytas ut [3.3.2
stycke 2]. Jonbytaren är en jämviktsreaktion. Vid regenerering förändrar man
jämvikten genom tillförsel av en stor mängd av den jon som ursprungligen fanns i
jonbytaren. [3.3.2 stycke 1]
- Vilken är de funktionella skillnaderna mellan adsorption på t.ex. aktivt kol och jonbyte och vilka blir konsekvenserna när man skall använda de två olika metoderna. Svaren skall förklaras. (X2)
Vid adsoption på aktivt kol är det ämnen i form av molekyler som avskiljs från en vätska/gas genom att de fäst på ett fast material. [74 stycke 2]
Vid jonbyte är det ämnen i form av joner som avskiljs genom att de fästs på en
jonbytarmassa. Skillnaden mellan adsoption på aktiv kol och jonbyte är att jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid detta byts mot andra joner som initialt sitter på jonbytaren. [80 stycke 2]
De funktionella skillnaderna mellan dem är att jonbyte fångar vattenlösliga ämnen och adsorption kan fånga fettlösliga ämnen.
Aktivt kol:
• Har en hög kapacitet att binda föroreningar. Ett problem med aktivt kol som adsorbent är dock att det långt innan kolet är mättat med föroreningar, kommer det utgående renade vattnet att börja innehålla föroreningar. Man får ett s.k. genombrott av föroreningar. Genombrottskurvan är för många ämnen vid adsorption på aktivt kol tyvärr ganska flack. Några exempel på faktorer som påverkar är vilket ämne som skall avskiljas, koncentrationen av detta ämne i fluidet och koncentrationen av andra ämnen, partikelstorlek hos adsorbenten, bäddhöjden, fluidets hastighet genom bädden (det tar tid för
ämnen att vandra in i kolets porer och sedan adsorberas), temperatur och tryck
m.m. och naturligtvis kravet på renhet hos det utgående fluidet. [77 stycke 2]
• Det aktiva kolet som förbrukas återvinns vanligvist inte utan den deponeras eller förbränns med avfallet. [78 stycke 3]
Jonbyte:
• Sålunda byts positiva laddade metaljoner mot natriumjoner eller vätejoner och negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller
kloridjoner. Motjonen som åker vidare med vattnet måste ibland också tas om hand.
• Den mättade jonbytaren regenereras (elueras) sedan genom att tvättas med en liten mängd syra, lut eller saltlösning, varvid fångade joner drivs ut igen och man får ett eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [80 stycke 2]
- Beskriv hur processen (?) fungerar. Hur skiljer sig omvänd osmos från ultrafiltrering? (X4)
Omvänd osmos kan avskilja mindre ämnen (0,0001-‐0,002µm i diameter) som joner än ultrafiltrering (0,001-‐0,1µm i diameter). Ultrafiltrering har inte heller samma tryckbehov som omvänd osmos.
Vid ultrafiltrering sker separationen genom silverkan – molekyler och partiklar mindre än hålen i membranen kan passera medan större ämnen hålls tillbaka. Vid omvänd osmos handlar det om membrandiffusion -‐ ämnen som kan lösa sig i membranet diffunderar igenom membranet och därigenom passera medan
andra ämnen hålls tillbaka. [86 stycke 2]
Kortare beskrivning
Ultrafiltrering är en membranprocess, där membranet är halvgenomträngligt,
släpper igenom vissa ämnen och håller tillbaka andra. Det är en tryckdriven process. Separationen sker genom silverkan. Molekyler och partiklar mindre än hålen i membranet kan passera medan större ämnen hålls tillbaka. Vid omvänd osmos är mekanismen annorlunda, här handlar det om att ämnen som kan lösa sig i membranet kan diffundera igenom membranet och därigenom passera medan andra ämnen hålls tillbaka. [annan person]
a. Omvänd osmos
Vid omvänd osmos kan både små partiklar och lösta ämnen som joner avskiljas med hjälp av ett membran. [85 stycke 2]
Membrantekniken bygger på följande princip: Om en vätska med en viss koncentration av ett ämne står i kontakt med en annan vätska med en annan koncentration över ett halvgenomträngligt membran (membranet släpper inte igenom ämnet) och ett högt pålagd tryck läggs till på den högkoncentrerade sidan, ett som är högre än den osmotiska tryckdifferensen och filtermotståndet, kommer vatten att diffundera från den högkoncetrerade delen till den lågkoncentrerade (processen backar). Härigenom kan således rent vatten framställas ur en vätskeström och de lösta ämnena koncentreras i en annan. [85 stycke 2]
b. Ultrafiltrering (X3) även reningsmekanismen skall förklaras
Ultrafiltrering är en halvgenomträngligt membran, mindre partiklar kan passera genom silverkan. Suspenderade och lösta ämnen med hög molekylvikt kvarhålls i den så kallade retentatet, medan vatten och lågmolekylära lösta ämnen passerar genom membranet i permeatet. [wiki]
Ett ultrafilter kan användas dels för att ge en mycket god rening av en vätskeström dels som en uppkoncentreringsmetod för att möjliggöra återvinning av värdefulla komponenter i en vätskeström. [90 stycke 2]
- Ultrafiltrering konventionell silning – omvänd osmos löslighet i membran
- Ultrafiltrering för uppkoncentrering – osmotiskt tryck för stort för R.O.!
- Ultrafiltrering mycket lägre tryck (100 ggr!)
- Ultrafiltrering släpper igenom mindre salter – R.O. endast vatten! [en annan person]
- Vid membranseparering talar man om begreppet ”flux”. Ett membrans flux förändras med tiden. Beskriv och förklara 3 olika metoder att angripa problemet utöver att man kan göra rent membranet emellanåt. (3X)
Frågealternativ 2: Vid membranfiltrering är flera olika driftparametrar viktiga. Redovisa samt förklara hur följande driftparametrar påverkar flödet genom ett membran. (X2)
Sammanfattning:
• Flödeshastigheten längs membranytan: Ökad hastighet => högre flux
• Temperatur: För de flesta vätskor ökar fluxet med en förhöjd temperatur.
• Tryck: Fluxet ökar linjärt med trycket upp till en viss nivå.
• Koncentration: Fluxet minskar när koncentrationen ökar.
• Förbehandling: God förbehandling minskar igensättningen av filtret (s.k. fouling).
• Backspolning/kemisk rengöring Kan lösa igensättningsproblem och kemisk utfällning (s.k. scaling) på membranytan. Låta mekanismen renas
med jämna mellan rum. För att ta bort partiklar som har passerat på membranet. [C41]
• Kan ha partikelavskiljning av större partiklar innan membranseparation för att inte sätta igen hålen.
• Använda rätt membranmodul för det som vill avskiljas. [annan person]
- Ett omvänd osmos-‐filter är utmärkt som reningsmetod men är ingen bra koncentreringsmetod. Förklara varför. (X4)
Det hänger samman med att den osmotiska tryckskillnaden över membranet är mycket stor om man har stor koncentrationsgradient (det osmotiska trycket för joner som finns i en hög koncentration är mycket stor och fluxet genom membranet blir mycket liten). [sid 92 sista stycket] Membranet skulle inte klara av tryckbelastningen.
- En vanlig användning av ett ultrafilter är för behandling av ett vatten förorenat med olja. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning baserad på ultrafiltrering är utformad och fungerar (processutformning, separationsmekanism och samtliga delmoment vid drift av anläggningen ska redovisas och förklaras). (X4)
Alternativ fråga 2: Membranteknik kan användas som njure i samband med alkalisk avfettning inom verkstadsindustrin. Redovisa vilken membranprocess som kan användas samt beskriv hur komplett anläggning kan utformas. Redovisa även de ingående delmomenten vid drift av anläggningen.
Ultrafiltret, i form av tubmoduler, avskiljer föroreningar som partiklar och
makromolekyler som olja och fett, men släpper igenom merparten av de kemikalier som ingår i avfettningsbadet.
Ultrafilteranläggning är utformad som en halvkontinuerlig anläggning där ultrafiltret arbetar mot en arbetstank. [sid 90 sista stycke] Från en arbetstank pumpas vätska som ska behandlas till membranfiltret. Retentatet återförs till
arbetstanken som också tillförs ny vätska för behandling i takt med att permeat tas ut. Koncentrationen i arbetstanken kommer därför att stiga mycket långsamt.
Efter en tid stoppar man tillflödet av ny vätska och innehållet i arbetstanken pumpas om och om igen till membranfiltret. Nu kommer koncentrationen i arbetstanken att snabbt stiga och man får ett koncentrat som får tas omhand på lämpligt sätt. Innan man kan starta membranprocessen igen behöver membranfiltret rengöras med en tvättlösning. [sid 88 sista stycke] Genom avskiljningen av föroreningarna i avfettningsbadet kan badets livslängd förlängas – hur länge beror på när andra föroreningar som inte avskiljs sätter gräns för användning av badet. [sid 90 stycke 1]
- Beskriv hur en halvkontinuerlig anläggning för ultrafiltrering fungerar för syftet med anläggningen är att rena ett avfettningsbad (processutformning, separationsmekanism och samtliga delmoment vid drift av anläggningen ska förklaras).
• Ultrafiltrering: Halvgenomträngligt membran, mindre partiklar kan passera genom silverkan. Vätskan vandrar horisontellt mot ultrafiltret och partiklar större än porstorleken hålls kvar.
• Avtappningen från avfettningsbadet snurrar mellan en arbetstank och ett ultrafilter. Retentatet späds ut i arbetstanken genom kontinuerlig
tillförsel från avfettningsbadet – koncentrationen stiger mycket långsamt.
• Sedan sluts tillförseln från badet och koncentrationen i arbetstanken stiger snabbt = liten mängd högkoncentrerad förorening!
• Permeatet kan återföras till badet. [annan person]
- Hög driftsäkerhet och driftstabilitet är viktiga krav på dagens miljötekniska lösningar. Det finns flera generella åtgärder som kan vidtas av ett företag för att minska risken för oacceptabla utsläpp via avloppsvatten i samband med haverisituationer. Ge fem exempel på åtgärder samt förklara. (X4)
• Finna reningsutrustning som har en mycket god tålighet mot driftstörningar. Ibland kan det vara bättre att satsa på hög drifttillgänglighet i stället för den allra högsta avskiljningsgraden. [2.10.1 stycke 2]
Vidare krävs åtgärder inom produktionskedjan samt kvalificerad driftkontroll. [2.10.1 stycke 2]
• Genomföra en miljösäkerhetsanalys i vilken ingår en uppskattning av risk för onormala händelser, samt en bedömning av konsekvenserna för miljön. [2.10.1 stycke 5]
• Användning av flerstegsteknik i en externreningsanläggning för att försäkra sig om att även om ett av reningsstegen slutar fungera kommer huvuddelen av föroreningarna avskiljas. Ett sådant arrangemang kan t.ex. medföra att produktionen kan tillåtas fortsätta under en begränsad tid, eventuellt med reducerad kapacitet, medan den trasiga utrustningen repareras.
• Vikten att hålla en ”good houskeeping”, dvs. sköta sina anläggningar så bra som möjligt i det vardagliga arbetet. Härigenom kommer en mängd små och ofta enkla åtgärden att bidra till minskade utsläpp. [2.10.1 stycke
6] Här krävs det en effektiv produktionsstyrning dvs.:
o Bra dokumentering och uppföljning av viktiga processdata
o Förbättring av körschema för processen
o Förbättrade instruktioner kring haveri av använd utrustning.
o Utbildning av personal [A15]
Alternativ svar:
• Byte av råvaror: minskning av farligt ingående ämne
• Processförändring(t ex T, p, tid): minskning av oönskade biprodukter som uppstår i processen
• Mänskliga faktorn: slarv, dåliga rutiner, onödiga utsläpp kan åtgärdas genom t ex bufferttankar
• Internt reningssteg: Särskilja otrevligheter i liten mängd/koncentrerad form
• Produktförändring: Helt komma ifrån vissa processteg genom accepterade förändringar/sänkta krav (genom t ex miljövänlig marknadsföring) [annan person]
- Beskriv hur en (Mikro-‐)flotationsanläggning fungerar. (X2)
Vid flotation/mikroflotation lyfts partiklarna upp till ytan med hjälp av små luftbubblor. Luftbubblorna skapas genom att en liten vattenström trycksätts och luftas. Eftersom trycket är högt kan en stor mängd luft lösas i vattnet. När sedan trycket släpps i en ventil kommer en mycket stor mängd små luftbubblor att frigöras från vattnet – jämför när man öppnar en omskakad läskedryckflaska. De små luftbubblorna sätter sig på partiklarna och lyfter dessa upp till ytan. De floterade partiklarna skrapas av från bassängytan med hjälp av ett skrapverk. Anläggningen på bilden har också ett skrapverk för utmatning av tunga partiklar som ej floterar utan lägger sig på bassängbotten. [BILDA]
- Vilka för-‐ och nackdelar har en (mikro-‐) flotationsanläggning jämfört med konventionell sedimenteringsanläggning? (X2)
Alternativ fråga 2: En flotationsanläggning har nackdelen att vara energikrävande. Ange samt förklara vad som talar för att använda en flotationsanläggning istället för en konventionell sedimenteringsanläggning? (flera olika skäl söks)
Fördelen med sedimentation är att den är energisnål, vätskan får sakta flöda genom bassängen. Jämfört med flotation (motsatsen till sedimentation, där tvingar man med luft upp partiklarna till ytan) är sedimentering det mindre energikrävande alternativet men kräver en större bassäng. Uppehållstiden är också mindre energikrävande alternativ men kontrollerar flödeshastigheten. En stor bassäng innebär en större kostnad, finns det möjlighet är det ekonomiska alternativet att välja en mindre bassäng.
• Fördel vid låg densitet: För mindre partiklar kan flotationsprocessen användas.[sid 431]
• Mer kompakt: Flotation kan användas i mycket kompakta anläggningar
[sid 105]
• Okänslighet för variation i flöde och temperatur
• Hög avskiljningsgrad även för små partiklar
• Enkel att sköta
• Små vattenförluster då slammet har hög TS-‐halt på avskilt slam
[http://www.ifowater.se/sidor/processtyper/flotation.html]
• Snabbare process [annan person]
- Ett reningsverk som inte är byggt för att effektivt avskilja kväveföreningar i ett avloppsvatten kan ändå ha en viss avskiljningsförmåga vad gäller kväveföreningar. Förklara varför samt ange vilka reningsgrad som kan förväntas? [X?]
Vid kommunala avloppsverk utan särskilda åtgärder för kvävereduktion är kvävereduktionen vanligen upp till ca 20 %. Detta beror på att kväve assimileras
av mikroorganismer i det biologiska reningssteget.
Vid lågbelastade reningsverk med långa uppehållstider kan kvävereduktionen vara ca 60 – 70 % på grund av att luftningsbassängen – mer eller mindre avsiktligt – har vissa zoner som är syrerika och andra zoner som är syrefattiga. [124 Stycka 5]
- Ett viktigt delsteg vid avskiljning av kväveföreningar i ett avloppsvatten är denitrifikation. Beskriv och förklara hur denna delprocess fungerar. (X2)
För denitrifikation krävs syrgasfria förhållanden och tillgång på nedbrytbar organisk substans, en s.k. kolkälla. Vid denitrifikation utnyttjas syre som är
kemiskt bundet i nitrat för oxidationen av den organiska substansen. Processen är därför en anoxisk biologisk process. [sid 124 stycke 4] Det vill säga mikroorganismerna omvandlar nitrat till kvävgas.
I kommunalt avloppsvatten sker processen i två steg eftersom kväve utgörs främst av ammonium (eller ämnen som kan hydrolyseras till ammonium). [124 stycke 1]
- Tekniskt kan kvävereduktion i ett reningsverk genomföra som en s.k. fördenitrifikations-‐process. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning är utformad och fungerar. (X2)
Fördenitrifikation innebär att denitrifikationen kommer före nitrifikationen. Därefter återförs en viss del av slam för att hålla den biologiska aktiviteten vid liv. Det krävs också en hög slamålder, låg halt av organiskt material samt syre i nitrifikationstanken. Nitrifikationen bör ha kraftig omrörning, vilket kan fås med hjälp av luftning. I försedimenteringen utnyttjas det befintliga organiska materialet i avloppsvattnet. När vattnet går in i nitrifikationstanken är kravet på låg halt av organiskt material uppfyllt och nedbrytningen av det organiska materialet fortsätter. Det gör att nitrifikationen kan omvandla ammonium till nitrat. Eftersom nitrat behövs för att denitrifikationen ska fungera recirkuleras systemet så nitrat från nitrifikationstanken går tillbaka till denitrifikationstanken.
- Redovisa 3 för-‐ och nackdelar med en för-‐denitrifikations-‐process jämfört en efter-‐denitrifikations-‐process. Förklara skillnaderna.
Fördenitrifikation (preanoxisk)
Fördelar:
• Intern kolkälla – dvs. kolkälla behöver inte tillsättas externt då det redan finns i inkommande flödet.
• Alkaliniteten produceras innan nitrifikationen som konsumerar mycket alkanitet.
• Luftningskostnader besparas, eftersom en del av avloppsvattnets organiska material förbrukas i denitrifikationstanken.
• Risken för avdrivning av flyktiga organiska ämnen minskar, då de bryts ner i denitrifikationstanken.
• Ger automatiskt en selektor för produktion av ett slam med goda slamavskiljningsegenskaper.
Nackdelar
• Lägre kvävereduktion än postanoxisk
Efterdenitrifikation (postanoxisk) Fördelar:
• Bättre kvävereduktion (<3 mg/l jämfört med 5-‐8 mg/l)
Nackdelar:
• Kräver lättnedbrytbar extern kolkälla t.ex. metanol.
- I samband med kväverening i ett avloppsvatten är slamålder i reningsanläggningen viktig. Förklara vad som avses med slamålder samt förklara varför slamåldern är så viktig vid just kväverening.
Om man vill ha nitrifikation är slamåldern en av två viktiga faktorer.
Nitrifikationsgraden är primärt beroende av slamåldern och ökar med denna. Den andra faktorn är temperaturen. Slamåldern anger förhållandet mellan biomassa och slamproduktion.
[http://www.cerlic.se/aktivslam.aspx ]
Tillväxten av nitrifierande bakterier är starkt temperaturberoende. De tillväxer
långsamt, särskilt vid låga temperaturer. Vissa hastighetsbegränsande bakterier begränsar nitrifikationen. För att öka produktionen då temperaturen är låg kan bakterieantalet ökas genom att öka slamåldern. [124 stycke 3]
- En (två) viktig faktor vid reglering/styrning av en aktivslam-‐anläggning är slamåldern resp. slamhalten. Förklara varför. (X3)
En bra kvalitet på slam i aktivslamprocessen beror på bl.a. slamåldern.
Slamåldern anger förhållandet mellan biomassa och slamproduktion och man vill att denna ska vara konstant. För låga och för höga slambelastningar bör undvikas då låg belastning kan ge en liten och svår sedimenterad flock och hög belastning brukar ge
ett bulkigt slam. [110 stycke 4]
Slamhalten/slambelastningen beskriver förhållandet mellan tillförd mängd material BOD7 per dygn och befintlig mängd mikroorganismer (slammängd) i luftningsbassängen. Med andra ord är det ett mått på hur mycket näring som tillförs varje mikroorganism per dygn.
- Processinterna åtgärden är viktig för att minska utsläpp till vatten. Tre olika strategier är här:
a. Åtgärder för minskning av vattenmängd b. Minskning av föroreningsmängd
c. Användning av ett processinternt reningssteg (i form av t.ex. jonbyte) [2X]
Vid ytbehandling inom verkstadsindustrin – kemisk eller elektrokemisk ytbehandling i form av bl.a. förnickling, förkromning och förzinkning – erhålls metallhaltiga vattenströmmar. Beskriv samt förklara för var och en av de tre strategierna om ett konkret förslag på hur man kan reducera vattenproblemen.
Exempel på åtgärder för
minska vattenförbrukningen
• Användning av slutet kylvattensystem
• Användning av motströmsteknik för alla tvätt-‐, spol-‐ och lakprocesser.
• Optimering av vattenbehovet. [OH-‐C2] Ex genom kontroll av faktiskt behov, t.ex. genom insättning av vattenmätare, för att övervaka vattenförbrukningen i olika delsteg i processen kan man upptäcka möjliga besparingar av användning av vatten. En åtgärd är också inbyggnad av magnetventiler som vid produktionsavbrott stänger av vattnet. [66 stycke
2]
• Processförändringar/val av processväg/processutformning med lägre/inget vattenbehov
• Användning av transportband i stället för vatten för transport i processen.
• Användning av vatten för ändamål med lägre krav på vattenkvalitet, s.k. nedklassning av vatten.
• Återanvändning av förorenat vatten efter rening.
• Eliminera periodisk utsläpp, undvik stänk, läckvatten och liknande förluster. [OH-‐C2] Genom ”good houskeeping” kan man unvika vattenförbrukning genom spill, läckande kranar etc. Här handlar det mycket om att få personalen ”vattenmedveten” dvs. att tänka på att alltid hushålla med vatten och vidtar åtgärder mot onödigt slöseri. [66 stycke 1]
Exempel på minskning av föroreningsmängd:
• Materialsubstitution – byte av råvaror och hjälpkemikalier.
• Modifiering av processen.
• Modifiering av utrustning.
• Separation och utvinning av biprodukter.
• Utjämning av avloppet.
• Processövervakning eller åtgärder för ökad driftsäkerhet
• Förändring av rutiner och arbetsmetoder, ”mänskliga faktorn”.
• Produktval och produktdesign [sid 70-‐71]
Exempel på processintern reningssteg
• Processändringar
• Byte av råvaror eller hjälpkemikalier
• Återvinningsfunktion – sidoprocess för att avskilja vissa komponenter ur en procesström och möjliggöra en återföring av dessa komponenter.
• Njurfunktion -‐ avskiljning av vissa föroreningar för att förlänga livslängden på t.ex. ett processbad i en process. [sid 74 stycke 1]
- I samband med jonbyte resp. adsorption använder man begreppet
”genombrottskurva”. (X5)
- Förklara vad genombrottskurva och jämviktskurva är. Förklara dessa två typer av kurvor och rita en typisk kurva som representerar vardera typen av kurva.
- Vilken information kan man få hjälp av en genombrottskurva resp. jämviktskurvan?
Vid adsorption och sorption är det viktigt att ha en adsorbent (ex aktivt kol eller jonbytarmassa) med hög kapacitet att binda föroreningar dvs. mängden adsorberade föroreningar per kg ämne ska vara hög.
Genombrott innebär att adsorbenten släpper ut föroreningar i utgående
strömmen innan ämnet hunnit bli mättad. [sid 77 stycke 2] Utgående vätskan är inte längre ren. Vid genombrott avbryts processen och regenerering sker. Genombrottskurvan säger att Cut dvs. det renade vattnet får högre och högre koncentration av föroreningar tills den blir lika stor som Cin. Dvs. det som går in renas inte alls. i Y-‐axeln visas den föroreningshalten som får släppas ut till utgående ström. Kurvan visar koncentrationen av spårämne/förorening i förhållande till tiden alt. mängd behandlad vätska. Denna får oftast ett S-‐format utseende och lutningen avgörs av hastigheten på flödet, höjden och volymen av sorbent samt porstorlek. [Info från en annan]
Figur 5.15 [bok] jämviktskurvor för olika absorbenter vid adsorption.
Figur 5.12 visar jämviktskurvor s.k. adsorptionsisomerer för aktivt kol, polymera adsorbenter och zeoliter (adsorptionsjämvikter påverkas av temperaturen och en bestämning av en jämviktskurva behöver göras
vid en och samma temperatur
– kurvorna kallas därför
isomerer). [sid 240 stycke 3]
Ett system är i jämvikt när de förändrade processerna som finns förhåller sig till varandra på ett sådant sätt att systemet förblir oförändrat med tiden.
Genombrottskurva visar när en absorbent slutar rena en fluid vid en reningsprocess.
- Att minska vattenförbrukningen i en industriell produktionsprocess är en viktig miljöåtgärd.
a. Redovisa samt förklara olika skäl (utöver att vatten kan vara en bristvara eller det är dyrt att köpa vatten) till varför det är viktigt att minska vattenförbrukningen. (X4)
Ur ekonomisk synvinkel är det fördelaktigare med så små vattenflöden som möjligt.
• Högre koncentration = lättare att rena. Det ger lägre investeringsbehov ju mindre vattenflöde som ska renas, även om mängden föroreningar som skall avskiljas är densamma.
• Energikostnaderna blir lägre. Genom att recirkulera vattenflödet kan energin utnyttjas, dvs. mindre energi krävs för uppvärmning av vatten i ett företag. Utnyttjas ett råvatten från en vattentäkt kan vattentemperaturen vara låg (grundvatten håller ca 4 grader Celsius).
• Återvinningsmöjlighet om små flöden och höga koncentrationer.
Föroreningsutsläppen från en industri till recipient är beroende av avloppsvattenflödena. Oberoende av ingående föroreningshalt så uppnås en
viss restkoncentration i det renade vattnet, som är svår att underskrida (enhet kg eller ton per dygn). Det är angeläget att nedbringa vattenmängden som ska
b. S.k. nedklassning av vatten är en åtgärd för minskad vattenförbrukning. Förklara vad nedklassning innebär och hur vattenförbrukningen härigenom kan minskas. (X3)
Nedklassning innebär att man kan använda mindre renat vatten, inte ha så stor krav på hur renat vattnet är som man använder. Det kan t.ex. innehålla vissa
föroreningar. Därmed kan man recirkulera vatten genom processen och slippa ta nytt rent vatten hela tiden, så minskar man vattenförbrukningen.
c. En annan möjlighet för minskad vattenförbrukning är att utnyttja en s.k. njure. Beskriv ett konkret (dvs. ett verkligt) exempel på en tillämning där en njure används just för att minska vattenförbrukningen.
Inom ytbehandlingsindustrin används jonbytare som njure för rening av ett sköljvatten, varför mindre renvatten behövs tillföras detta. Härigenom minskas vattenförbrukningen för sköljningen kraftigt. [sid 83 stycke 2]
d. Förklara varför det är svårt att ha en omfattande recirkulation av extern-‐renat avloppsvatten tillbaka till en produktions-‐process.
Externrening plockar inte bort allt. Ofta saltuppbyggnad. Krävs därför viss bleed
(avtappning) och färskt intag.
Ett problem i sammanhanget vid utvecklingen mot allt mer slutna processer (bl.a. på grund av miljösjäl) är att höggradigt slutna processer tyvärr i de flesta fall kännetecknas av en ökad instabilitet på grund av ökande mängder föroreningar, även om undantag finns. I sin tur medför avskiljningstekniken ett ökat behov av destruktion av koncentratflöden eller avfallsflöden.
Med avloppsvatten kan man inte vara säker på att den är oförändrad år efter år. [sid 34 stycke 2]
- Flerstegsteknik dvs. flera reningssteg efter varandra används ofta inom den industriella externa avloppsvattenreningen. Ett skäl är naturligtvis att man då kan avskilja flera olika typer av föroreningar i reningsverket. Det finns flera andra skäl för att använda flerstegsteknik.
a. Ange samt förklara (exempel) fyra andra skäl att använda flerstegsteknik vid extern avloppsvattenrening. (X4)
• Olika förorenings som kräver skilda behandlingsteknik kan avskiljas.
• Vissa föroreningar kräver flera processteg för avskiljning (t.ex. vid kväverening av ett avloppsvatten krävs såväl ett nitrifikationssteg som ett denitrifikationssteg).
• Bättre verkningsgrad. Man kan rena i flera steg och det blir effektivare rening.
80 % reduktion per steg ger: steg 1 = 80 %, steg 1+2 = 96 %
• Ökad driftstabilitet, drifttillgänglighet och driftsäkerhet. Kan kontrollera driftrelaterade parametrar, om ett reningssteg fallerar kan ett annat ersätta.
• Minskad uppehållstid i reningsanläggningen, dvs. minskad anläggningsstorlek och kostnad. [OH A19 och sid 51 stycke 2] Processen blir effektivare och därav minskas uppehållstiden.
b. Beskriv och förklara kortfattat även tre skilda konkreta exempel där syftet är att nå effekter som du angivit enligt uppgiften innan (30).
Alternativ fråga 2: Beskriv och förklara kortfattat tre skilda konkreta exempel på flerstegsrening vid extern vattenrening (dvs. beskriv kortfattat och förklara tre helt olika reningsanläggningar). För full poäng krävs dels att de tre exemplen uppfyller skilda skäl enligt ovanstående fråga. (X2)
Alternativfråga 3: Beskriv och förklara kortfattat tre skilda konkreta exempel på flerstegsrening vid extern vattenrening (dvs. beskriv kortfattat och förklara tre helt olika reningsanläggningar). För full poäng krävs dels att man tydligt motiverar vilken och varför fördel enligt svar (30) uppnås dels att de tre exemplen uppfyller skilda skäl enligt (30).
- Biologisk bädd (biotorn) före aktivslamanläggning. Biotorn (med sin tålighet mot gift) kan skydda en efterföljande AS-‐anläggning som är känslig men ger hög reningseffekt. [116 stycke 3]
- Aktivslamanläggning i serie
- Anaerob rening + aerob rening
- Biologisk rening + kemisk rening
- Sedimentering + filtrering
- Förfällning ger skydd av biologiskt reningssteg mot metalliska föroreningar samt utjämning av belastningen. [OH A19]
- Multibio-‐anläggning: Separerar flera delsteg i reningen för att få optimala förhållanden för de olika organismerna och därigenom få en bättre rening. [sid 119 stycke 2]
- I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete finns olika strategier som kan tillämpas för att minska miljöproblemen förorsakade av en industriell produktionsanläggning. Här finns möjligheter som att:
I. Utnyttja ett processexternt reningsteg
II. Utnyttja ett processinternt reningssteg som exempelvis en njure
III. Minska vatten-‐/luft-‐flödena
IV. Minska produktionen av föroreningar.
Rangordna dessa 4 strategier utifrån i vilken ordning de ska prioriteras och motivera ditt svar. (X4)
I. 4. Minska produktionen av föroreningar: Det vill säga att man studerar
möjligheten att välja råvaror med en mindre output av föroreningar. Alltså mindre föroreningsutsläpp vid förädlingsprocessen. Så gott som all rening
kostar pengar, energi och ger i slutändan ett avfall. Minskad produktion av föroreningar är den enda strategi som motverkar/förhindrar detta.
II. 3. Reglera luft/vattenflöden: Mindre flöden ger mindre volymer som måste renas, och högre koncentrationer. Större koncentration av föroreningar
underlättar avskiljning av föroreningar.
III. 2. Val av processinternt reningssteg. Avskiljning nära uppkomsten skapar mer
homogena föroreningsflöden, vilket förenklar rening/underlättar återvinning. Interna processer (ex njure) renar (ex vattenbad) eller/och återvinner viktiga komponenter (ex metaller) vilket ökar livslängden på olika processer.
IV. 1. Extern rening: används som komplement till intern rening och sker utanför
tillverkningsprocessen. Det som inte kan renas internt renas externt som sista utväg. Inga fördelar gentemot övriga tre. Ofta transporter till annan plats, viss hantering, alltid förknippat med ökat risk för utsläpp.
- Biologiskt reningsprocesser är viktiga inom såväl kommunal som industriell avloppsvattenrening
a. I små samhällen är biorotorprocessen ganska vanlig. Beskriv och förklara hur en biorotoranläggning är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen. (X2)
Biorotor består av en slags biobädd som är placerad på en axel där en del av bäddmaterialet är nedsänkt i vattnet som ska renas. Mikroorganismer bildar ett stationärt skikt på ett bärarmaterial av plast med stor yta. De vanligaste typerna av biorotor har skivor med en diameter på ca 3-4 m och skivorna roterar med en hög hastighet som förhindrar att det biologiska slammet växer igen i rotorns celler. De kanaler som finns i rotorn tillåter ett fritt flöde av avloppsvatten och luft då skivorna roterar. Genom att vatten strömmar ut ur rotorn när en del av skivan lämnar vattnet nöts bakterieskiktet succesivt av och följer med vattnet ut. Ny syrerik luft sugs in i cellerna och diffunderar in i bioskiktet, som också lämnar ifrån sig koldioxid och andra oxidationsprodukter. När delen av skivan som varit i luften återkommer ner i
vattnet drivs den använda luften ut ur rotorn. En biorotoranläggning består inte enbart av ett biosteg utan det måste även passera ett avskiljningsteg t ex sedimenteringsbassäng, för slammet som bildas i processen. [annan persons svar]
organiskt material + O2 -> CO2 + H2O + nya celler
b. Motivera varför metoden i a) utöver ev. ekonomiska orsaker kan vara en kämpig biologisk metod för små samhällen (flera skäl söks). (X2)
- Biotorn arbetar i ett begränsat pH-‐intervall.
- Relativt snabbt genomslag för chockförorening. [OH B9]
Småstäder börjar bli större och med ny livsstil så kan förändrade livsstil orsaka nya avloppsvattnföroreningar och minska reningen. Chockföroreningar kan orsaka stopp för återställning av anläggning.
Problem med driftstopp kan medföra nya problem.
- Strategier för en bättre miljö
a. I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete talar man om ”processinterna åtgärder”. Ibland används begreppet
”företagsinterna miljöåtgärder”. Förklara med hjälp av
exempel skillnaden mellan de två begreppen.
Processinterna åtgärden: Åtgärder som sker inuti processen, t ex att installera en njure för att på ett tidigt skede avlägsna förorening i liten mängd och koncentrerad halt.
Företagsinterna miljöåtgärder innebär alla åtgärder innanför fabriksstaketet dvs. både externa och processinterna åtgärder [sid 25 figur 2.1] dvs. en åtgärd kan vara processextern men företagsintern. T ex att ett företag anlägger en separat rökgasrening.
b. För att minska utsläpp av föroreningar av olika slag så utnyttjas en rad med olika miljöstrategier i dagens samhälle, t.ex. råvaruförändringar, processförändringar reningsteknik etc. Produktstrategin är ofta den viktigaste strategin att utnyttja. Beskriv hur den strategin kan tillämpas i fallet att produkten är bilar och förklara varför det är viktigt att försöka lösa utsläppsproblem den vägen. (X2)
Fokus inte bara på produktionsprocessen utan produktens hela miljöpåverkan.
- Tillverkning: Krävs lack som kräver lösningsmedel?
- Användning: Bränslesnål bil
- Skrotning – märkning av komponenter
Viktigt att lösa den vägen pga. att det kanske det enda sättet som man kan förhindra att avfall över huvud taget uppkommer. Minskar behovet att åtgärdande av miljöproblem (släcka bränder)
- Vid kommunal rening är det idag mycket vanligt att man utnyttjar s.k. förfällning. Redovisa och förklara 3 olika skäl till varför förfällning så ofta utnyttjas. (X2)
Alternativ fråga 2: Vid kommunal avloppsrening så kan den kemiska reningen genomföras som förfällning eller som efterfällning. Redovisa tre huvudskäl till att välja förfällning istället för efterfällning.
Vid förfällning tillsätts fällningskemikalier före en försedimenteringsbassäng eller annan slamavskiljningsanordning. Därefter behandlas vattnet biologiskt. Den kemiska reningen sker således före den biologiska reningen. [sid 148 sista stycke]
• Utfällningen av fast organiskt material underlättar biologisk rening – ger kraftig minskning i luftningsbehov i biologiskt steg. [43A OH-‐samling] Detta minskar driftkostnaden vid luftningsbassängen.
• Stor slammängd erhålls (kemisk-‐ och biologisk slam). [43A OH-‐samling] Det är bättre att fälla ut kemisk slam i början då man har som mest slam och få bort så mycket slam som möjligt. Ju större koncentration av slam desto lättare är det att fälla ut. Då sparar man dessutom pengar och utrustning då man slipper en extra flocknings-‐ och sedimenteringssteg.
• Slammet som skiljs vid försedimentering skickas till en rötkammare, dvs. anaerob nedbrytning av det organiska materialet. Vid rötning av slammet erhålls mycket rötgas. [43A OH-‐samling] Metoden har fördelen att ge biogas (metangas) som kan utnyttjas för exempelvis uppvärmningsändamål. [sid 157 stycke 1] Om slammet åker vidare och bryts ner via aeroba processer så kan man inte ta vara på lika mycket energin, utan en stor del av energin försvinner.
• Avskiljning av onedbrutet organiskt material till rötning
• Minskar dessutom kravet/behovet luftning i biologisteget
• Avlasta efterföljande biosteg, minskar behov av luftning
• Fälla ut saker som ska skada bioanläggningen (heterogent avloppsflöde)
• Om efterföljande kvävereduktion med efterdenitrifikation skapas bra förutsättningar för nitrifitationen (låg halt organiskt material vid nitratbildning!)
• Lätt att justera mängd kemikalier vid förändring av avloppsvattnet
• (Avskiljning av onedbrutet organiskt material till rötning)
• Fälla ut onedbrutet organiskt material att använda till denitrifikationen? (om efterdenitrifikation krävs ju kolkälla!)
- Inom den industriella vattenreningen av exempelvis ett avloppsvatten från en massafabrik är efterfällningsanläggningar helt dominerande. Förklara varför man här väljer efterfällning (2 viktiga skäl söks).
- Ger bästa reningen med avseende på suspenderat material, BOD och fosfor. [43C]
- De flesta anläggningar är byggda efter gamla konstruktioner. Det blir dyrare att bygga om än att förbättra det man redan har.
- Förklara vad begreppet (?) innebär. Ge dessutom ett (två)
tillämpningsexempel.
Alternativfråga 2: Enhetsoperationer som t.ex. jonbyte, omvänd osmos och ultrafiltrering används ofta för processinterna vattenrening men kan även användas för extern rening. De nyssnämnda metoderna kan användas för olika uppgifter. I samband med detta talar man om begreppen polermetod, njurfunktion, återvinningsfunktion. Förklara de tre begreppen med hjälp av tre skilda konkreta tillämpningsexempel.
a. Polermetod (X5)
En polermetod är då metoden används som ett slutreningssteg för att få ett mycket rent vatten. [84 stycke 2]
• En jonbytare i slutet av en extern reningsprocess används som en polermetod.
Jonbytaren fångar små mängder metalljoner och återvinner dem.
• Ett sandfilter används främst som slutreningssteg för att förbättra partikelavskiljningen efter t.ex. en sedimenteringsanläggning. [103 stycke
2]
b. Njurfunktion (X5)
Syftet med ”njurfunktionen” är att avskilja föroreningar som finns i gas/vätskeström för att möjliggöra en recirkulation av gas/vätskeström till processen. Användningen av ett internsteg som njurfunktion kan jämföras med vår egen njures funktion att rena blodet från farliga ämnen. [33 stycke 4 – 34 stycke 1]
• Ett exempel är en jonbytaranläggning. Inom ytbehandlingsindustrin används jonbyte mycket ofta för behandling av sköljbad till ytbehandlingsprocessen. Jonbyte används för att rena sköljbad. [sid 83 stycke 2]
• Ett annat exempel är användning av ultrafiltrering för avskiljning av bl.a. olja och fett samt partiklar i alkaliska avfettningsbad. Ultrafiltret fungerar här som en njure som avskiljer dessa föroreningar för att därigenom förlänga livslängden på badet. [sid 90 stycke 3]
Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentreationen i betbadet på en låg nivå vilket möjliggör en
effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. Jonbytaren fungerar i denna tillämpning således som en njure som avskiljer föroreningar.
c. Återvinningsfunktion. (X2)
Syftet är att avskilja komponenter i ett gas-‐ eller vätskeflöde för att sedan föra dessa ämnen tillbaka till processen. [sid 33-‐34]
Nedklassat vatten kan användas vid rening.
Omvänd osmos: Genom yttre tryck pressa vätska koncentrerad lösning genom semipermeabelt membran till utspädd lösning.
Återvinningsfunktion: Ytbehandlingsindustrin – viss uppkoncentrering och
återvinning av kromsyra (vid sköljprocess)
- Vid jonbyte är inte bara jonbyteskapaciteten en viktig faktor utan även selektiviteten. Förklara varför selektiviteten ibland är en viktig faktor att beakta.
Selektiviteten har att göra med hur bra jonerna binder till jonbytarmassan. Joner som binds bättre på jonbytarmassan kommer att tränga ut andra joner som binder sämre dvs. genombrottet kommer att vara olika för olika joner.
- Vid adsorption på aktivt kol i samband med avloppsvattenrening används ofta ingen adsorptionsbädd utan det aktiva kolet mals och blandas sedan direkt in i det vatten man vill rena. Förklara varför.
Mald aktivt kol har en hög kapacitet att binda föroreningar och därför behöver man liten mängd. Det förbättrar reningsprocessen hos en befintlig process och
försvinner med slammet. Aktivt kol har en stor specifik yta, 500 – 1500 !! /!,
vilket är en förklaring till kolets goda adsorptionsegenskaper. [75 stycke 2]
Aktivt kol kan kombineras med biologisk rening med aktivslamprocessen och kallas PACT-‐processen (Powdered Activated Carbon Treatment). Finmald aktivt kol tillsätts i luftningsbassängen i AS-‐anläggningen. Kolet med sina föroreningar avskiljs som ett slam som efter avvattning deponeras eller förbränns. Metoden ger en högre COD-‐reduktion och reningsanläggningen fungerar bättre och stabilare än en konventionell AS-‐anläggning. [79 stycke 4]
- Förklara varför ett sandfilter främst används som polermetod. (X4)
Ett sandfilter används främst som slutreningssteg, dvs. som polermetod, för att förbättra partikelavskiljningen efter t.ex. en sedimenteringsanläggning. [103 stycke 2]
- Ge exempel på två andra metoder för partikelavskiljning som kan vara lämpliga att använda som polermetod vid vattenrening. [filtrering]
Bågsil: Är en mikrofilter där silduken har mycket små öppningar (ca 20 –
100 !”). Mikrosilar kan avskilja mycket finpartikulära föroreningar och
används därför ibland som polersteg vid kommunal eller industriellt
reningsverk. [102 stycke 1]
• Skivfilter:[BILDA-‐Polering m skivfilter/OH-‐samling B2b]:
• Trumfilter
- En typ av partikelavskiljare är s.k. skivfilter.
a. Jämför användning av konventionell sedimentering med användning av en mikrosil. När (dvs. hur ska föroreningssituationen se ut) kan man tänkas använda resp. metod. Förklara!
Alternativ fråga 2: Jämför användning av ett skivfilter med användning av en konventionell sedimenteringsanläggning. När (dvs. hur ska föroreningssituationen se ut) kan man tänkas använda resp. metod. Förklara!
Skivfilter (mikrosil) utnyttjar principen att kvarhålla partiklar som är större än filtermediet (maskvidden i duken och filterkakan). Sedimenteringsanläggning utnyttjar principen av densitetsskillnader mellan partiklar och den omgivande vätskan. [101 stycke 2]
Skivfilter kräver vatten med endast mycket små partikulära föroreningar – annars igensättning. Kan användas som en polermetod. Alltså sent i processen.
Konventionell sedimenteringsanläggning använd för att avlägsna större
partiklar med hjälp av partiklarnas densitet. Används ofta som ett försteg.
- Beskriv och förklara ett konkret exempel (ett verkligt tillämpningsexempel) där man använder sig av en jonbytare som en njure i ett processteg. (5X)
Ett exempel på användning av jonbyte är för regenerering av betbad vid betning av rostfritt stål – s.k. syraretardation. Här används en stark basisk anjonbytare som fångar betbadets fria anjoner – fluoridjoner och nitratjoner -‐ medan badets föroreningar i form av metaljoner passerar jonbytaren och leds till extern rening. Vid regenerering av jonbytaren med vatten får man tillbaka betsyra dvs. fluorvätesyra och salpetersyra. Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentrationen i betabadet på en låg nivå vilket möjliggör en effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. [83 sista stycke -‐ 84 stycke 1]
- En möjlig tillämpning av jonbyte är som njure för rening av sköljbad vid exempelvis en förnicklingsprocess. Här krävs inte bara att man installerar en katjonbytare utan även ett förfilter och en anjonbytare dvs. anläggningen blir relativt kostsam. Förklara varför det inte räcker bara att ha en katjonbytare som njure. (X2)
Bild [C21-‐22]
För att inte partiklar ska sätta igen jonbytaren fordras en god partikelavskiljning innan jonbytarkolonnen. Jonbytaren är känslig och därav måste man förfiltrera. I förnicklingsprocessen hänger de positiva nickeljonerna ihop med negativa anjoner (i detta fall sulfat-‐ och kloridjoner) i vattenströmmen. Efter katjonbytesprocessen utkommer anjonerna som också måste fångas upp, därför har man även en anjonsjonbytare. Anjonbytaren fångar upp föroreningarna och släpper ut hydroxidjoner (tillsammans med Natriumjonen från katjonprocessen enl. bild).
- Beskriv och förklara hur en jonbytaranläggning för (an-‐)jonbyte är utformad och fungerar (processutformning samt delsteg i processen skall beskrivas). Förklara även hur jonbytesprocessen i sig fungerar. (X5)
[C10]
Vid jonbyte avskiljs ett laddat ämne från en vätska genom att de fästs på ett fast material (en jonbytarmassa). Jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid dessa byts mot andra som initialt sitter på jonbytaren. Vid anjonbyte byts negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller kloridjoner, se figur
3.16. [3.3.2 stycke 1] Den mättade jonbytaren regenereras sedan genom att tvättas med en liten mängd syra., lut eller saltlösning.
Jonbyte kan genomföras som en satsvis process men det är mycket vanligt att
använda (cylindriska, vertikala) kolonner med jonbytarmassa. [C16] Jonbytarprocessen kan också genomföras i en fluidiserad bädd eller tank med omrörning. [sid 82 stycke 1]
När jonbytaren blir mättad regenereras (elueras) kolonnen genom att tvätta med något basiskt ex natriumlut (dvs. natriumhydroxid som har högt pH), varvid fångade joner drivs ut igen och man får en eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [3.3.2 stycke 1]. Den aktiva gruppen i anjonbytarmassan består av olika aminer
där hydroxidjoner är lättrörliga och kan bytas ut [3.3.2
stycke 2]. Jonbytaren är en jämviktsreaktion. Vid regenerering förändrar man
jämvikten genom tillförsel av en stor mängd av den jon som ursprungligen fanns i
jonbytaren. [3.3.2 stycke 1]
- Vilken är de funktionella skillnaderna mellan adsorption på t.ex. aktivt kol och jonbyte och vilka blir konsekvenserna när man skall använda de två olika metoderna. Svaren skall förklaras. (X2)
Vid adsoption på aktivt kol är det ämnen i form av molekyler som avskiljs från en vätska/gas genom att de fäst på ett fast material. [74 stycke 2]
Vid jonbyte är det ämnen i form av joner som avskiljs genom att de fästs på en
jonbytarmassa. Skillnaden mellan adsoption på aktiv kol och jonbyte är att jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid detta byts mot andra joner som initialt sitter på jonbytaren. [80 stycke 2]
De funktionella skillnaderna mellan dem är att jonbyte fångar vattenlösliga ämnen och adsorption kan fånga fettlösliga ämnen.
Aktivt kol:
• Har en hög kapacitet att binda föroreningar. Ett problem med aktivt kol som adsorbent är dock att det långt innan kolet är mättat med föroreningar, kommer det utgående renade vattnet att börja innehålla föroreningar. Man får ett s.k. genombrott av föroreningar. Genombrottskurvan är för många ämnen vid adsorption på aktivt kol tyvärr ganska flack. Några exempel på faktorer som påverkar är vilket ämne som skall avskiljas, koncentrationen av detta ämne i fluidet och koncentrationen av andra ämnen, partikelstorlek hos adsorbenten, bäddhöjden, fluidets hastighet genom bädden (det tar tid för
ämnen att vandra in i kolets porer och sedan adsorberas), temperatur och tryck
m.m. och naturligtvis kravet på renhet hos det utgående fluidet. [77 stycke 2]
• Det aktiva kolet som förbrukas återvinns vanligvist inte utan den deponeras eller förbränns med avfallet. [78 stycke 3]
Jonbyte:
• Sålunda byts positiva laddade metaljoner mot natriumjoner eller vätejoner och negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller
kloridjoner. Motjonen som åker vidare med vattnet måste ibland också tas om hand.
• Den mättade jonbytaren regenereras (elueras) sedan genom att tvättas med en liten mängd syra, lut eller saltlösning, varvid fångade joner drivs ut igen och man får ett eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [80 stycke 2]
- Beskriv hur processen (?) fungerar. Hur skiljer sig omvänd osmos från ultrafiltrering? (X4)
Omvänd osmos kan avskilja mindre ämnen (0,0001-‐0,002µm i diameter) som joner än ultrafiltrering (0,001-‐0,1µm i diameter). Ultrafiltrering har inte heller samma tryckbehov som omvänd osmos.
Vid ultrafiltrering sker separationen genom silverkan – molekyler och partiklar mindre än hålen i membranen kan passera medan större ämnen hålls tillbaka. Vid omvänd osmos handlar det om membrandiffusion -‐ ämnen som kan lösa sig i membranet diffunderar igenom membranet och därigenom passera medan
andra ämnen hålls tillbaka. [86 stycke 2]
Kortare beskrivning
Ultrafiltrering är en membranprocess, där membranet är halvgenomträngligt,
släpper igenom vissa ämnen och håller tillbaka andra. Det är en tryckdriven process. Separationen sker genom silverkan. Molekyler och partiklar mindre än hålen i membranet kan passera medan större ämnen hålls tillbaka. Vid omvänd osmos är mekanismen annorlunda, här handlar det om att ämnen som kan lösa sig i membranet kan diffundera igenom membranet och därigenom passera medan andra ämnen hålls tillbaka. [annan person]
a. Omvänd osmos
Vid omvänd osmos kan både små partiklar och lösta ämnen som joner avskiljas med hjälp av ett membran. [85 stycke 2]
Membrantekniken bygger på följande princip: Om en vätska med en viss koncentration av ett ämne står i kontakt med en annan vätska med en annan koncentration över ett halvgenomträngligt membran (membranet släpper inte igenom ämnet) och ett högt pålagd tryck läggs till på den högkoncentrerade sidan, ett som är högre än den osmotiska tryckdifferensen och filtermotståndet, kommer vatten att diffundera från den högkoncetrerade delen till den lågkoncentrerade (processen backar). Härigenom kan således rent vatten framställas ur en vätskeström och de lösta ämnena koncentreras i en annan. [85 stycke 2]
b. Ultrafiltrering (X3) även reningsmekanismen skall förklaras
Ultrafiltrering är en halvgenomträngligt membran, mindre partiklar kan passera genom silverkan. Suspenderade och lösta ämnen med hög molekylvikt kvarhålls i den så kallade retentatet, medan vatten och lågmolekylära lösta ämnen passerar genom membranet i permeatet. [wiki]
Ett ultrafilter kan användas dels för att ge en mycket god rening av en vätskeström dels som en uppkoncentreringsmetod för att möjliggöra återvinning av värdefulla komponenter i en vätskeström. [90 stycke 2]
- Ultrafiltrering konventionell silning – omvänd osmos löslighet i membran
- Ultrafiltrering för uppkoncentrering – osmotiskt tryck för stort för R.O.!
- Ultrafiltrering mycket lägre tryck (100 ggr!)
- Ultrafiltrering släpper igenom mindre salter – R.O. endast vatten! [en annan person]
- Vid membranseparering talar man om begreppet ”flux”. Ett membrans flux förändras med tiden. Beskriv och förklara 3 olika metoder att angripa problemet utöver att man kan göra rent membranet emellanåt. (3X)
Frågealternativ 2: Vid membranfiltrering är flera olika driftparametrar viktiga. Redovisa samt förklara hur följande driftparametrar påverkar flödet genom ett membran. (X2)
Sammanfattning:
• Flödeshastigheten längs membranytan: Ökad hastighet => högre flux
• Temperatur: För de flesta vätskor ökar fluxet med en förhöjd temperatur.
• Tryck: Fluxet ökar linjärt med trycket upp till en viss nivå.
• Koncentration: Fluxet minskar när koncentrationen ökar.
• Förbehandling: God förbehandling minskar igensättningen av filtret (s.k. fouling).
• Backspolning/kemisk rengöring Kan lösa igensättningsproblem och kemisk utfällning (s.k. scaling) på membranytan. Låta mekanismen renas
med jämna mellan rum. För att ta bort partiklar som har passerat på membranet. [C41]
• Kan ha partikelavskiljning av större partiklar innan membranseparation för att inte sätta igen hålen.
• Använda rätt membranmodul för det som vill avskiljas. [annan person]
- Ett omvänd osmos-‐filter är utmärkt som reningsmetod men är ingen bra koncentreringsmetod. Förklara varför. (X4)
Det hänger samman med att den osmotiska tryckskillnaden över membranet är mycket stor om man har stor koncentrationsgradient (det osmotiska trycket för joner som finns i en hög koncentration är mycket stor och fluxet genom membranet blir mycket liten). [sid 92 sista stycket] Membranet skulle inte klara av tryckbelastningen.
- En vanlig användning av ett ultrafilter är för behandling av ett vatten förorenat med olja. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning baserad på ultrafiltrering är utformad och fungerar (processutformning, separationsmekanism och samtliga delmoment vid drift av anläggningen ska redovisas och förklaras). (X4)
Alternativ fråga 2: Membranteknik kan användas som njure i samband med alkalisk avfettning inom verkstadsindustrin. Redovisa vilken membranprocess som kan användas samt beskriv hur komplett anläggning kan utformas. Redovisa även de ingående delmomenten vid drift av anläggningen.
Ultrafiltret, i form av tubmoduler, avskiljer föroreningar som partiklar och
makromolekyler som olja och fett, men släpper igenom merparten av de kemikalier som ingår i avfettningsbadet.
Ultrafilteranläggning är utformad som en halvkontinuerlig anläggning där ultrafiltret arbetar mot en arbetstank. [sid 90 sista stycke] Från en arbetstank pumpas vätska som ska behandlas till membranfiltret. Retentatet återförs till
arbetstanken som också tillförs ny vätska för behandling i takt med att permeat tas ut. Koncentrationen i arbetstanken kommer därför att stiga mycket långsamt.
Efter en tid stoppar man tillflödet av ny vätska och innehållet i arbetstanken pumpas om och om igen till membranfiltret. Nu kommer koncentrationen i arbetstanken att snabbt stiga och man får ett koncentrat som får tas omhand på lämpligt sätt. Innan man kan starta membranprocessen igen behöver membranfiltret rengöras med en tvättlösning. [sid 88 sista stycke] Genom avskiljningen av föroreningarna i avfettningsbadet kan badets livslängd förlängas – hur länge beror på när andra föroreningar som inte avskiljs sätter gräns för användning av badet. [sid 90 stycke 1]
- Beskriv hur en halvkontinuerlig anläggning för ultrafiltrering fungerar för syftet med anläggningen är att rena ett avfettningsbad (processutformning, separationsmekanism och samtliga delmoment vid drift av anläggningen ska förklaras).
• Ultrafiltrering: Halvgenomträngligt membran, mindre partiklar kan passera genom silverkan. Vätskan vandrar horisontellt mot ultrafiltret och partiklar större än porstorleken hålls kvar.
• Avtappningen från avfettningsbadet snurrar mellan en arbetstank och ett ultrafilter. Retentatet späds ut i arbetstanken genom kontinuerlig
tillförsel från avfettningsbadet – koncentrationen stiger mycket långsamt.
• Sedan sluts tillförseln från badet och koncentrationen i arbetstanken stiger snabbt = liten mängd högkoncentrerad förorening!
• Permeatet kan återföras till badet. [annan person]
- Hög driftsäkerhet och driftstabilitet är viktiga krav på dagens miljötekniska lösningar. Det finns flera generella åtgärder som kan vidtas av ett företag för att minska risken för oacceptabla utsläpp via avloppsvatten i samband med haverisituationer. Ge fem exempel på åtgärder samt förklara. (X4)
• Finna reningsutrustning som har en mycket god tålighet mot driftstörningar. Ibland kan det vara bättre att satsa på hög drifttillgänglighet i stället för den allra högsta avskiljningsgraden. [2.10.1 stycke 2]
Vidare krävs åtgärder inom produktionskedjan samt kvalificerad driftkontroll. [2.10.1 stycke 2]
• Genomföra en miljösäkerhetsanalys i vilken ingår en uppskattning av risk för onormala händelser, samt en bedömning av konsekvenserna för miljön. [2.10.1 stycke 5]
• Användning av flerstegsteknik i en externreningsanläggning för att försäkra sig om att även om ett av reningsstegen slutar fungera kommer huvuddelen av föroreningarna avskiljas. Ett sådant arrangemang kan t.ex. medföra att produktionen kan tillåtas fortsätta under en begränsad tid, eventuellt med reducerad kapacitet, medan den trasiga utrustningen repareras.
• Vikten att hålla en ”good houskeeping”, dvs. sköta sina anläggningar så bra som möjligt i det vardagliga arbetet. Härigenom kommer en mängd små och ofta enkla åtgärden att bidra till minskade utsläpp. [2.10.1 stycke
6] Här krävs det en effektiv produktionsstyrning dvs.:
o Bra dokumentering och uppföljning av viktiga processdata
o Förbättring av körschema för processen
o Förbättrade instruktioner kring haveri av använd utrustning.
o Utbildning av personal [A15]
Alternativ svar:
• Byte av råvaror: minskning av farligt ingående ämne
• Processförändring(t ex T, p, tid): minskning av oönskade biprodukter som uppstår i processen
• Mänskliga faktorn: slarv, dåliga rutiner, onödiga utsläpp kan åtgärdas genom t ex bufferttankar
• Internt reningssteg: Särskilja otrevligheter i liten mängd/koncentrerad form
• Produktförändring: Helt komma ifrån vissa processteg genom accepterade förändringar/sänkta krav (genom t ex miljövänlig marknadsföring) [annan person]
- Beskriv hur en (Mikro-‐)flotationsanläggning fungerar. (X2)
Vid flotation/mikroflotation lyfts partiklarna upp till ytan med hjälp av små luftbubblor. Luftbubblorna skapas genom att en liten vattenström trycksätts och luftas. Eftersom trycket är högt kan en stor mängd luft lösas i vattnet. När sedan trycket släpps i en ventil kommer en mycket stor mängd små luftbubblor att frigöras från vattnet – jämför när man öppnar en omskakad läskedryckflaska. De små luftbubblorna sätter sig på partiklarna och lyfter dessa upp till ytan. De floterade partiklarna skrapas av från bassängytan med hjälp av ett skrapverk. Anläggningen på bilden har också ett skrapverk för utmatning av tunga partiklar som ej floterar utan lägger sig på bassängbotten. [BILDA]
- Vilka för-‐ och nackdelar har en (mikro-‐) flotationsanläggning jämfört med konventionell sedimenteringsanläggning? (X2)
Alternativ fråga 2: En flotationsanläggning har nackdelen att vara energikrävande. Ange samt förklara vad som talar för att använda en flotationsanläggning istället för en konventionell sedimenteringsanläggning? (flera olika skäl söks)
Fördelen med sedimentation är att den är energisnål, vätskan får sakta flöda genom bassängen. Jämfört med flotation (motsatsen till sedimentation, där tvingar man med luft upp partiklarna till ytan) är sedimentering det mindre energikrävande alternativet men kräver en större bassäng. Uppehållstiden är också mindre energikrävande alternativ men kontrollerar flödeshastigheten. En stor bassäng innebär en större kostnad, finns det möjlighet är det ekonomiska alternativet att välja en mindre bassäng.
• Fördel vid låg densitet: För mindre partiklar kan flotationsprocessen användas.[sid 431]
• Mer kompakt: Flotation kan användas i mycket kompakta anläggningar
[sid 105]
• Okänslighet för variation i flöde och temperatur
• Hög avskiljningsgrad även för små partiklar
• Enkel att sköta
• Små vattenförluster då slammet har hög TS-‐halt på avskilt slam
[http://www.ifowater.se/sidor/processtyper/flotation.html]
• Snabbare process [annan person]
- Ett reningsverk som inte är byggt för att effektivt avskilja kväveföreningar i ett avloppsvatten kan ändå ha en viss avskiljningsförmåga vad gäller kväveföreningar. Förklara varför samt ange vilka reningsgrad som kan förväntas? [X?]
Vid kommunala avloppsverk utan särskilda åtgärder för kvävereduktion är kvävereduktionen vanligen upp till ca 20 %. Detta beror på att kväve assimileras
av mikroorganismer i det biologiska reningssteget.
Vid lågbelastade reningsverk med långa uppehållstider kan kvävereduktionen vara ca 60 – 70 % på grund av att luftningsbassängen – mer eller mindre avsiktligt – har vissa zoner som är syrerika och andra zoner som är syrefattiga. [124 Stycka 5]
- Ett viktigt delsteg vid avskiljning av kväveföreningar i ett avloppsvatten är denitrifikation. Beskriv och förklara hur denna delprocess fungerar. (X2)
För denitrifikation krävs syrgasfria förhållanden och tillgång på nedbrytbar organisk substans, en s.k. kolkälla. Vid denitrifikation utnyttjas syre som är
kemiskt bundet i nitrat för oxidationen av den organiska substansen. Processen är därför en anoxisk biologisk process. [sid 124 stycke 4] Det vill säga mikroorganismerna omvandlar nitrat till kvävgas.
I kommunalt avloppsvatten sker processen i två steg eftersom kväve utgörs främst av ammonium (eller ämnen som kan hydrolyseras till ammonium). [124 stycke 1]
- Tekniskt kan kvävereduktion i ett reningsverk genomföra som en s.k. fördenitrifikations-‐process. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning är utformad och fungerar. (X2)
Fördenitrifikation innebär att denitrifikationen kommer före nitrifikationen. Därefter återförs en viss del av slam för att hålla den biologiska aktiviteten vid liv. Det krävs också en hög slamålder, låg halt av organiskt material samt syre i nitrifikationstanken. Nitrifikationen bör ha kraftig omrörning, vilket kan fås med hjälp av luftning. I försedimenteringen utnyttjas det befintliga organiska materialet i avloppsvattnet. När vattnet går in i nitrifikationstanken är kravet på låg halt av organiskt material uppfyllt och nedbrytningen av det organiska materialet fortsätter. Det gör att nitrifikationen kan omvandla ammonium till nitrat. Eftersom nitrat behövs för att denitrifikationen ska fungera recirkuleras systemet så nitrat från nitrifikationstanken går tillbaka till denitrifikationstanken.
- Redovisa 3 för-‐ och nackdelar med en för-‐denitrifikations-‐process jämfört en efter-‐denitrifikations-‐process. Förklara skillnaderna.
Fördenitrifikation (preanoxisk)
Fördelar:
• Intern kolkälla – dvs. kolkälla behöver inte tillsättas externt då det redan finns i inkommande flödet.
• Alkaliniteten produceras innan nitrifikationen som konsumerar mycket alkanitet.
• Luftningskostnader besparas, eftersom en del av avloppsvattnets organiska material förbrukas i denitrifikationstanken.
• Risken för avdrivning av flyktiga organiska ämnen minskar, då de bryts ner i denitrifikationstanken.
• Ger automatiskt en selektor för produktion av ett slam med goda slamavskiljningsegenskaper.
Nackdelar
• Lägre kvävereduktion än postanoxisk
Efterdenitrifikation (postanoxisk) Fördelar:
• Bättre kvävereduktion (<3 mg/l jämfört med 5-‐8 mg/l)
Nackdelar:
• Kräver lättnedbrytbar extern kolkälla t.ex. metanol.
- I samband med kväverening i ett avloppsvatten är slamålder i reningsanläggningen viktig. Förklara vad som avses med slamålder samt förklara varför slamåldern är så viktig vid just kväverening.
Om man vill ha nitrifikation är slamåldern en av två viktiga faktorer.
Nitrifikationsgraden är primärt beroende av slamåldern och ökar med denna. Den andra faktorn är temperaturen. Slamåldern anger förhållandet mellan biomassa och slamproduktion.
[http://www.cerlic.se/aktivslam.aspx ]
Tillväxten av nitrifierande bakterier är starkt temperaturberoende. De tillväxer
långsamt, särskilt vid låga temperaturer. Vissa hastighetsbegränsande bakterier begränsar nitrifikationen. För att öka produktionen då temperaturen är låg kan bakterieantalet ökas genom att öka slamåldern. [124 stycke 3]
- En (två) viktig faktor vid reglering/styrning av en aktivslam-‐anläggning är slamåldern resp. slamhalten. Förklara varför. (X3)
En bra kvalitet på slam i aktivslamprocessen beror på bl.a. slamåldern.
Slamåldern anger förhållandet mellan biomassa och slamproduktion och man vill att denna ska vara konstant. För låga och för höga slambelastningar bör undvikas då låg belastning kan ge en liten och svår sedimenterad flock och hög belastning brukar ge
ett bulkigt slam. [110 stycke 4]
Slamhalten/slambelastningen beskriver förhållandet mellan tillförd mängd material BOD7 per dygn och befintlig mängd mikroorganismer (slammängd) i luftningsbassängen. Med andra ord är det ett mått på hur mycket näring som tillförs varje mikroorganism per dygn.
- Processinterna åtgärden är viktig för att minska utsläpp till vatten. Tre olika strategier är här:
a. Åtgärder för minskning av vattenmängd b. Minskning av föroreningsmängd
c. Användning av ett processinternt reningssteg (i form av t.ex. jonbyte) [2X]
Vid ytbehandling inom verkstadsindustrin – kemisk eller elektrokemisk ytbehandling i form av bl.a. förnickling, förkromning och förzinkning – erhålls metallhaltiga vattenströmmar. Beskriv samt förklara för var och en av de tre strategierna om ett konkret förslag på hur man kan reducera vattenproblemen.
Exempel på åtgärder för
minska vattenförbrukningen
• Användning av slutet kylvattensystem
• Användning av motströmsteknik för alla tvätt-‐, spol-‐ och lakprocesser.
• Optimering av vattenbehovet. [OH-‐C2] Ex genom kontroll av faktiskt behov, t.ex. genom insättning av vattenmätare, för att övervaka vattenförbrukningen i olika delsteg i processen kan man upptäcka möjliga besparingar av användning av vatten. En åtgärd är också inbyggnad av magnetventiler som vid produktionsavbrott stänger av vattnet. [66 stycke
2]
• Processförändringar/val av processväg/processutformning med lägre/inget vattenbehov
• Användning av transportband i stället för vatten för transport i processen.
• Användning av vatten för ändamål med lägre krav på vattenkvalitet, s.k. nedklassning av vatten.
• Återanvändning av förorenat vatten efter rening.
• Eliminera periodisk utsläpp, undvik stänk, läckvatten och liknande förluster. [OH-‐C2] Genom ”good houskeeping” kan man unvika vattenförbrukning genom spill, läckande kranar etc. Här handlar det mycket om att få personalen ”vattenmedveten” dvs. att tänka på att alltid hushålla med vatten och vidtar åtgärder mot onödigt slöseri. [66 stycke 1]
Exempel på minskning av föroreningsmängd:
• Materialsubstitution – byte av råvaror och hjälpkemikalier.
• Modifiering av processen.
• Modifiering av utrustning.
• Separation och utvinning av biprodukter.
• Utjämning av avloppet.
• Processövervakning eller åtgärder för ökad driftsäkerhet
• Förändring av rutiner och arbetsmetoder, ”mänskliga faktorn”.
• Produktval och produktdesign [sid 70-‐71]
Exempel på processintern reningssteg
• Processändringar
• Byte av råvaror eller hjälpkemikalier
• Återvinningsfunktion – sidoprocess för att avskilja vissa komponenter ur en procesström och möjliggöra en återföring av dessa komponenter.
• Njurfunktion -‐ avskiljning av vissa föroreningar för att förlänga livslängden på t.ex. ett processbad i en process. [sid 74 stycke 1]
- I samband med jonbyte resp. adsorption använder man begreppet
”genombrottskurva”. (X5)
- Förklara vad genombrottskurva och jämviktskurva är. Förklara dessa två typer av kurvor och rita en typisk kurva som representerar vardera typen av kurva.
- Vilken information kan man få hjälp av en genombrottskurva resp. jämviktskurvan?
Vid adsorption och sorption är det viktigt att ha en adsorbent (ex aktivt kol eller jonbytarmassa) med hög kapacitet att binda föroreningar dvs. mängden adsorberade föroreningar per kg ämne ska vara hög.
Genombrott innebär att adsorbenten släpper ut föroreningar i utgående
strömmen innan ämnet hunnit bli mättad. [sid 77 stycke 2] Utgående vätskan är inte längre ren. Vid genombrott avbryts processen och regenerering sker. Genombrottskurvan säger att Cut dvs. det renade vattnet får högre och högre koncentration av föroreningar tills den blir lika stor som Cin. Dvs. det som går in renas inte alls. i Y-‐axeln visas den föroreningshalten som får släppas ut till utgående ström. Kurvan visar koncentrationen av spårämne/förorening i förhållande till tiden alt. mängd behandlad vätska. Denna får oftast ett S-‐format utseende och lutningen avgörs av hastigheten på flödet, höjden och volymen av sorbent samt porstorlek. [Info från en annan]
Figur 5.15 [bok] jämviktskurvor för olika absorbenter vid adsorption.
Figur 5.12 visar jämviktskurvor s.k. adsorptionsisomerer för aktivt kol, polymera adsorbenter och zeoliter (adsorptionsjämvikter påverkas av temperaturen och en bestämning av en jämviktskurva behöver göras
vid en och samma temperatur
– kurvorna kallas därför
isomerer). [sid 240 stycke 3]
Ett system är i jämvikt när de förändrade processerna som finns förhåller sig till varandra på ett sådant sätt att systemet förblir oförändrat med tiden.
Genombrottskurva visar när en absorbent slutar rena en fluid vid en reningsprocess.
- Att minska vattenförbrukningen i en industriell produktionsprocess är en viktig miljöåtgärd.
a. Redovisa samt förklara olika skäl (utöver att vatten kan vara en bristvara eller det är dyrt att köpa vatten) till varför det är viktigt att minska vattenförbrukningen. (X4)
Ur ekonomisk synvinkel är det fördelaktigare med så små vattenflöden som möjligt.
• Högre koncentration = lättare att rena. Det ger lägre investeringsbehov ju mindre vattenflöde som ska renas, även om mängden föroreningar som skall avskiljas är densamma.
• Energikostnaderna blir lägre. Genom att recirkulera vattenflödet kan energin utnyttjas, dvs. mindre energi krävs för uppvärmning av vatten i ett företag. Utnyttjas ett råvatten från en vattentäkt kan vattentemperaturen vara låg (grundvatten håller ca 4 grader Celsius).
• Återvinningsmöjlighet om små flöden och höga koncentrationer.
Föroreningsutsläppen från en industri till recipient är beroende av avloppsvattenflödena. Oberoende av ingående föroreningshalt så uppnås en
viss restkoncentration i det renade vattnet, som är svår att underskrida (enhet kg eller ton per dygn). Det är angeläget att nedbringa vattenmängden som ska
b. S.k. nedklassning av vatten är en åtgärd för minskad vattenförbrukning. Förklara vad nedklassning innebär och hur vattenförbrukningen härigenom kan minskas. (X3)
Nedklassning innebär att man kan använda mindre renat vatten, inte ha så stor krav på hur renat vattnet är som man använder. Det kan t.ex. innehålla vissa
föroreningar. Därmed kan man recirkulera vatten genom processen och slippa ta nytt rent vatten hela tiden, så minskar man vattenförbrukningen.
c. En annan möjlighet för minskad vattenförbrukning är att utnyttja en s.k. njure. Beskriv ett konkret (dvs. ett verkligt) exempel på en tillämning där en njure används just för att minska vattenförbrukningen.
Inom ytbehandlingsindustrin används jonbytare som njure för rening av ett sköljvatten, varför mindre renvatten behövs tillföras detta. Härigenom minskas vattenförbrukningen för sköljningen kraftigt. [sid 83 stycke 2]
d. Förklara varför det är svårt att ha en omfattande recirkulation av extern-‐renat avloppsvatten tillbaka till en produktions-‐process.
Externrening plockar inte bort allt. Ofta saltuppbyggnad. Krävs därför viss bleed
(avtappning) och färskt intag.
Ett problem i sammanhanget vid utvecklingen mot allt mer slutna processer (bl.a. på grund av miljösjäl) är att höggradigt slutna processer tyvärr i de flesta fall kännetecknas av en ökad instabilitet på grund av ökande mängder föroreningar, även om undantag finns. I sin tur medför avskiljningstekniken ett ökat behov av destruktion av koncentratflöden eller avfallsflöden.
Med avloppsvatten kan man inte vara säker på att den är oförändrad år efter år. [sid 34 stycke 2]
- Flerstegsteknik dvs. flera reningssteg efter varandra används ofta inom den industriella externa avloppsvattenreningen. Ett skäl är naturligtvis att man då kan avskilja flera olika typer av föroreningar i reningsverket. Det finns flera andra skäl för att använda flerstegsteknik.
a. Ange samt förklara (exempel) fyra andra skäl att använda flerstegsteknik vid extern avloppsvattenrening. (X4)
• Olika förorenings som kräver skilda behandlingsteknik kan avskiljas.
• Vissa föroreningar kräver flera processteg för avskiljning (t.ex. vid kväverening av ett avloppsvatten krävs såväl ett nitrifikationssteg som ett denitrifikationssteg).
• Bättre verkningsgrad. Man kan rena i flera steg och det blir effektivare rening.
80 % reduktion per steg ger: steg 1 = 80 %, steg 1+2 = 96 %
• Ökad driftstabilitet, drifttillgänglighet och driftsäkerhet. Kan kontrollera driftrelaterade parametrar, om ett reningssteg fallerar kan ett annat ersätta.
• Minskad uppehållstid i reningsanläggningen, dvs. minskad anläggningsstorlek och kostnad. [OH A19 och sid 51 stycke 2] Processen blir effektivare och därav minskas uppehållstiden.
b. Beskriv och förklara kortfattat även tre skilda konkreta exempel där syftet är att nå effekter som du angivit enligt uppgiften innan (30).
Alternativ fråga 2: Beskriv och förklara kortfattat tre skilda konkreta exempel på flerstegsrening vid extern vattenrening (dvs. beskriv kortfattat och förklara tre helt olika reningsanläggningar). För full poäng krävs dels att de tre exemplen uppfyller skilda skäl enligt ovanstående fråga. (X2)
Alternativfråga 3: Beskriv och förklara kortfattat tre skilda konkreta exempel på flerstegsrening vid extern vattenrening (dvs. beskriv kortfattat och förklara tre helt olika reningsanläggningar). För full poäng krävs dels att man tydligt motiverar vilken och varför fördel enligt svar (30) uppnås dels att de tre exemplen uppfyller skilda skäl enligt (30).
- Biologisk bädd (biotorn) före aktivslamanläggning. Biotorn (med sin tålighet mot gift) kan skydda en efterföljande AS-‐anläggning som är känslig men ger hög reningseffekt. [116 stycke 3]
- Aktivslamanläggning i serie
- Anaerob rening + aerob rening
- Biologisk rening + kemisk rening
- Sedimentering + filtrering
- Förfällning ger skydd av biologiskt reningssteg mot metalliska föroreningar samt utjämning av belastningen. [OH A19]
- Multibio-‐anläggning: Separerar flera delsteg i reningen för att få optimala förhållanden för de olika organismerna och därigenom få en bättre rening. [sid 119 stycke 2]
- I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete finns olika strategier som kan tillämpas för att minska miljöproblemen förorsakade av en industriell produktionsanläggning. Här finns möjligheter som att:
I. Utnyttja ett processexternt reningsteg
II. Utnyttja ett processinternt reningssteg som exempelvis en njure
III. Minska vatten-‐/luft-‐flödena
IV. Minska produktionen av föroreningar.
Rangordna dessa 4 strategier utifrån i vilken ordning de ska prioriteras och motivera ditt svar. (X4)
I. 4. Minska produktionen av föroreningar: Det vill säga att man studerar
möjligheten att välja råvaror med en mindre output av föroreningar. Alltså mindre föroreningsutsläpp vid förädlingsprocessen. Så gott som all rening
kostar pengar, energi och ger i slutändan ett avfall. Minskad produktion av föroreningar är den enda strategi som motverkar/förhindrar detta.
II. 3. Reglera luft/vattenflöden: Mindre flöden ger mindre volymer som måste renas, och högre koncentrationer. Större koncentration av föroreningar
underlättar avskiljning av föroreningar.
III. 2. Val av processinternt reningssteg. Avskiljning nära uppkomsten skapar mer
homogena föroreningsflöden, vilket förenklar rening/underlättar återvinning. Interna processer (ex njure) renar (ex vattenbad) eller/och återvinner viktiga komponenter (ex metaller) vilket ökar livslängden på olika processer.
IV. 1. Extern rening: används som komplement till intern rening och sker utanför
tillverkningsprocessen. Det som inte kan renas internt renas externt som sista utväg. Inga fördelar gentemot övriga tre. Ofta transporter till annan plats, viss hantering, alltid förknippat med ökat risk för utsläpp.
- Biologiskt reningsprocesser är viktiga inom såväl kommunal som industriell avloppsvattenrening
a. I små samhällen är biorotorprocessen ganska vanlig. Beskriv och förklara hur en biorotoranläggning är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen. (X2)
Biorotor består av en slags biobädd som är placerad på en axel där en del av bäddmaterialet är nedsänkt i vattnet som ska renas. Mikroorganismer bildar ett stationärt skikt på ett bärarmaterial av plast med stor yta. De vanligaste typerna av biorotor har skivor med en diameter på ca 3-4 m och skivorna roterar med en hög hastighet som förhindrar att det biologiska slammet växer igen i rotorns celler. De kanaler som finns i rotorn tillåter ett fritt flöde av avloppsvatten och luft då skivorna roterar. Genom att vatten strömmar ut ur rotorn när en del av skivan lämnar vattnet nöts bakterieskiktet succesivt av och följer med vattnet ut. Ny syrerik luft sugs in i cellerna och diffunderar in i bioskiktet, som också lämnar ifrån sig koldioxid och andra oxidationsprodukter. När delen av skivan som varit i luften återkommer ner i
vattnet drivs den använda luften ut ur rotorn. En biorotoranläggning består inte enbart av ett biosteg utan det måste även passera ett avskiljningsteg t ex sedimenteringsbassäng, för slammet som bildas i processen. [annan persons svar]
organiskt material + O2 -> CO2 + H2O + nya celler
b. Motivera varför metoden i a) utöver ev. ekonomiska orsaker kan vara en kämpig biologisk metod för små samhällen (flera skäl söks). (X2)
- Biotorn arbetar i ett begränsat pH-‐intervall.
- Relativt snabbt genomslag för chockförorening. [OH B9]
Småstäder börjar bli större och med ny livsstil så kan förändrade livsstil orsaka nya avloppsvattnföroreningar och minska reningen. Chockföroreningar kan orsaka stopp för återställning av anläggning.
Problem med driftstopp kan medföra nya problem.
- Strategier för en bättre miljö
a. I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete talar man om ”processinterna åtgärder”. Ibland används begreppet
”företagsinterna miljöåtgärder”. Förklara med hjälp av
exempel skillnaden mellan de två begreppen.
Processinterna åtgärden: Åtgärder som sker inuti processen, t ex att installera en njure för att på ett tidigt skede avlägsna förorening i liten mängd och koncentrerad halt.
Företagsinterna miljöåtgärder innebär alla åtgärder innanför fabriksstaketet dvs. både externa och processinterna åtgärder [sid 25 figur 2.1] dvs. en åtgärd kan vara processextern men företagsintern. T ex att ett företag anlägger en separat rökgasrening.
b. För att minska utsläpp av föroreningar av olika slag så utnyttjas en rad med olika miljöstrategier i dagens samhälle, t.ex. råvaruförändringar, processförändringar reningsteknik etc. Produktstrategin är ofta den viktigaste strategin att utnyttja. Beskriv hur den strategin kan tillämpas i fallet att produkten är bilar och förklara varför det är viktigt att försöka lösa utsläppsproblem den vägen. (X2)
Fokus inte bara på produktionsprocessen utan produktens hela miljöpåverkan.
- Tillverkning: Krävs lack som kräver lösningsmedel?
- Användning: Bränslesnål bil
- Skrotning – märkning av komponenter
Viktigt att lösa den vägen pga. att det kanske det enda sättet som man kan förhindra att avfall över huvud taget uppkommer. Minskar behovet att åtgärdande av miljöproblem (släcka bränder)
- Vid kommunal rening är det idag mycket vanligt att man utnyttjar s.k. förfällning. Redovisa och förklara 3 olika skäl till varför förfällning så ofta utnyttjas. (X2)
Alternativ fråga 2: Vid kommunal avloppsrening så kan den kemiska reningen genomföras som förfällning eller som efterfällning. Redovisa tre huvudskäl till att välja förfällning istället för efterfällning.
Vid förfällning tillsätts fällningskemikalier före en försedimenteringsbassäng eller annan slamavskiljningsanordning. Därefter behandlas vattnet biologiskt. Den kemiska reningen sker således före den biologiska reningen. [sid 148 sista stycke]
• Utfällningen av fast organiskt material underlättar biologisk rening – ger kraftig minskning i luftningsbehov i biologiskt steg. [43A OH-‐samling] Detta minskar driftkostnaden vid luftningsbassängen.
• Stor slammängd erhålls (kemisk-‐ och biologisk slam). [43A OH-‐samling] Det är bättre att fälla ut kemisk slam i början då man har som mest slam och få bort så mycket slam som möjligt. Ju större koncentration av slam desto lättare är det att fälla ut. Då sparar man dessutom pengar och utrustning då man slipper en extra flocknings-‐ och sedimenteringssteg.
• Slammet som skiljs vid försedimentering skickas till en rötkammare, dvs. anaerob nedbrytning av det organiska materialet. Vid rötning av slammet erhålls mycket rötgas. [43A OH-‐samling] Metoden har fördelen att ge biogas (metangas) som kan utnyttjas för exempelvis uppvärmningsändamål. [sid 157 stycke 1] Om slammet åker vidare och bryts ner via aeroba processer så kan man inte ta vara på lika mycket energin, utan en stor del av energin försvinner.
• Avskiljning av onedbrutet organiskt material till rötning
• Minskar dessutom kravet/behovet luftning i biologisteget
• Avlasta efterföljande biosteg, minskar behov av luftning
• Fälla ut saker som ska skada bioanläggningen (heterogent avloppsflöde)
• Om efterföljande kvävereduktion med efterdenitrifikation skapas bra förutsättningar för nitrifitationen (låg halt organiskt material vid nitratbildning!)
• Lätt att justera mängd kemikalier vid förändring av avloppsvattnet
• (Avskiljning av onedbrutet organiskt material till rötning)
• Fälla ut onedbrutet organiskt material att använda till denitrifikationen? (om efterdenitrifikation krävs ju kolkälla!)
- Inom den industriella vattenreningen av exempelvis ett avloppsvatten från en massafabrik är efterfällningsanläggningar helt dominerande. Förklara varför man här väljer efterfällning (2 viktiga skäl söks).
- Ger bästa reningen med avseende på suspenderat material, BOD och fosfor. [43C]
- De flesta anläggningar är byggda efter gamla konstruktioner. Det blir dyrare att bygga om än att förbättra det man redan har.
