Vattenreing Flashcards
Mekanisk rening
- Partikelavskiljning har en viktig funktion vid extern vattenrening. Som förbehandlingssteg används inom såväl industriell som kommunal avloppsrening någon form av avskiljare för s.k. rens. Beskriv och förklara kortfattat två olika utformningar för detta reningssteg
Metoder för avskiljning av suspenderat material:
• Kvarhållning av partiklar av viss storlek
o Galler
o Silar
o Filter (konventionella filter, sandfilter, mikrofilter)
• Densitetsskillnad mellan partiklar och vätska
o Sedimentering
o Flotation
Galler
6-‐150 mm
Manuell rensande, Mekanisk rensande, Kontinuerlig kedjeskrapa, Fram-‐ o
återgående skrapa m.fl. [OH-‐B2B]
Består av snedställda parallella stavar med en fri öppning på ca 10 – 20 mm.
Dess funktion är att avskilja relativt stora uppslammade partiklar – i ett kommunalt reningsverk som förbehandlingsmetod för att avskilja t.ex. tygtrasor som kan sätta igen pumpar, ventiler, rörledningar och annan utrustning från skador eller igensättningar. Idag används som förbehandling ofta galler med betydligt mindre spaltvidd – s.k. finrensgaller där avståndet mellan stavarna är endast 1 – 3 mm. [sid 101-‐102]
I kommunal avloppsrening är det standard att använda grovsilar men inom
industriell avloppsrening är detta inte alltid nödvändigt (beror på
avloppsvattnets egenskaper).
Gallret kan rensas med en fram-‐ och återgående skrapa eller en kontinuerlig
kedjedriven skrapa. [OH-‐B2B]
Silar (< 6 mm)
Ex Stegsilar, Trumsilar m.fl. Som alternativ till finrensgaller vid kommunal
vattenrening kan man använda s.k. trumsil (en roterande trumma där
mantelytan är en silduk) som har en maskvidd om 1 – 5 mm.
Ofta har dock silar en ännu mindre maskvidd – de fria öppningarna är ca 100 –
1000 µμm. Silar av metallduk eller plast används t.ex. inom massaindustrin
(vanligen används s.k. bågsilar) för att avskilja cellulosafibrer från ett
avloppsvatten.
Om silduken har mycket små öppningar (ca 20 – 100 µμm) används ofta termen
mikrosilning. Mikrosilar kan avskilja mycket finpartikulära föroreningar och
används därför som slutsteg (s.k. polermetod) för att förbättra avskiljningsgraden i ett kommunalt eller industriellt reningsverk. [102-‐103]
Filter (< 50 !”)
(konventionella filter, sandfilter, mikrofilter, Trumfilter och skivfilter)
Sandfiltret (biofilter) består utav en sandbädd som består av sandpartiklar som fångar små partiklar i porerna. Detta ger en fin rening och används därför som polermetod. Man lyckas bli av med svårnedbrytbara organiska ämnen, och väldigt små partikulära ämnen.
Sedimentering
Principen är att vätska flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera. Det finns bassänger där vätskegenomströmningen är horisontell resp. vertikal, det finns rektangulära resp. cirkulära bassänger. En speciell variant av sedimenteringsanläggning är lamellsedimenteringsanläggning.
Flotation
Vid flotation fäster man små luftbubblor på en slampartikel. Det erhållna slam-‐
luft-‐aggregatet får en lägre densitet än omgivande vätska och stiger mot ytan, där aggregatet sedan kan avskiljas med hjälp av en skrapanordning.
Beskriv och förklara hur en Lamellsedimenteringsanläggning fungerar
(även avskiljningsmekanismen skall redovisas). (X8)
Sedimentering är en partikelavskiljningsmetod som utnyttjar densitetsskillnader mellan partiklar och den omgivande vätskan. [3.4.1 stycke 3]. Principen är att vätskans flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera. [sid 105 stycke 1]
I en lamellsedimenteringsanläggning placeras ett antal snedställda skivor
(lameller) i bassängen och vätskan får passera mellan dessa lameller.
Tack vare lamellerna tvingas vattnet att vandra en betydligt längre väg genom bassängen i relation till den sträcka som partiklarna har att vandra. Härigenom får man en mycket yteffektiv sedimenteringsanläggning för partikelavskiljning dvs. man får en god avskiljning med en mycket kompakt anläggning. [sid 105 stycke 3]
Redovisa och förklara för-‐ och nackdelar (utöver ev. ekonomiska skillnader) som lamellsedimenteringsanläggning har jämfört med konventionell sedimenteringsanläggning? (X9)
Nackdel
- Regelbunden rengöring av lamellerna då det annars blir beläggningar som negativt påverkar avskiljningsresultatet. . [sid 105 stycke 3]
- Mindre lämplig i vissa avskiljningssituationer. Bäst homogena partiklar
(kemisk fällning)
Fördel
- Standardmetod i samband med avskiljning av exempelvis metallhydroxidslam i samband med kemisk utfällning av metaller i ett avloppsvatten.
• Mycket yteffektiv sedimenteringsanläggning för partikelavskiljning dvs. man får en god avskiljning med en mycket kompakt anläggning.
Beskriv och förklara hur en trumsil är utformad och fungerar.
Trumsil: En roterande trumma där mantelytan är en silduk som har en maskvidd
om 1 – 5 mm. [sid 102]
Trumma med silduk roterar och slam avskiljs. Renat vatten pressas ut genom maskorna och lämnar fastämnen, i form av en kaka. Kakan samlas till en utgående flöde genom då en del av det renade vattnet sköljer bort kakan (klockan tolv om trumman) in till en tratt.
Beskriv och förklara hur ett kontinuerligt sandfilter fungerar. Även avskiljningsmekanismen skall förklaras. (X3)
Vatten filtreras genom sandbädd nerifrån och upp. Smutsig sand från botten tas kontinuerligt ut och tvättas under drift
och återförs i toppen av
sandfiltret, så att det renaste vattnet möter den renaste sanden.
Biologisk rening
- Vid biologisk rening utnyttjas olika typer av mikroorganismer för att komma åt ett avloppsvattens innehåll av organiskt material – frisimmande bakterier, flockbildande bakterier och högre organismer som en-‐ och flercelliga djur. För en god rening är det viktigt att alla tre grupperna av organismer finns i en reningsanläggning. Redovisa för den biologiska reningsanläggningens funktion.
I en biologisk reningsanläggning används mikroorganismer och då främst olika bakterier för biologisk rening av det förbehandlade vattnet. Två huvudsakliga processer förekommer, suspenderade processer och biofilmprocesser.
Den biologiska reningen härmar vattendragens egen självrening, fast i en
betydligt kompaktare form.
Aktiv-‐slam processen bygger på att flockar som till huvuddelen består av organiskt material i form av bakterier hålls svävande med luft-‐ och/eller mekanisk omrörning. Bakterierna bryter ned det organiska materialet varvid koldioxid och vatten frigörs samtidigt som ny biomassa byggs upp. Slammet följer sedan med vattnet till en sedimenteringsbassäng och sedimenteras.
En stor del av slammet pumpas med returslampumparna tillbaka till luftningsbassängens början där det blandas med nytt inkommande vatten. Slamrecirkulation är nödvändigt för att upprätthålla en tillräcklig slamhalt i luftningsbassängen. En liten delström med överskottsslam tas ut från systemet för rötningsbehandling.
Beskriv och förklara hur aktivslam-‐processen (konventionellt utformad aktivslamanläggning) är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker, vad som sker med föroreningarna i vattnet samt hur processen, tekniskt genomförs. (X2)
Processen
En aktivslamanläggning består av en luftningsbassäng och efterföljande
sedimenteringsbassäng. I stora luftningsbassänger, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning (Vattnet luftas med en bottenluftare) får mikroorganismer bryta ner organisk material från det försedimenterade avloppsvattnet. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpas delvis som s.k. returslam till luftningsbassängen, för att behålla en bakteriestam i processen. [sid 107 stycke
1] Resterande slam pumpas till slamhanteringen, detta kallas överskottsslam.
Mikrobiologi
I luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning (mikroorganismerna behöver
vid nedbrytningen tillgång till fritt syre) av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]
Förutom det så frigör stora mängder energi vid oxidationen. Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets
föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation).
Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation). [sid 107 stycke 5]
- Beskriv och förklara hur den (aeroba varianten av den) suspenderade biofilmprocessen fungerar. Beskrivningen skall omfatta dels vilka föroreningar som avskiljs och vad som händer med föroreningarna i vattnet dels hur processen tekniskt genomförs. (5X)
En biofilmsprocess (t.ex. biobädd, biorotor eller biotorn) är en process som använder biofilm vid vattenrening. Biofilmen är en komplex heterogen matris av mikroorganismer fastsatt och växande på en yta (av ett bärarmaterial). Biofilm hittas ofta på fasta ytor som är exponerad av en vattenlösning. Biofilmprocessen är effektiv då inre celler skyddas av matrisen.
Suspenderade biofilmsprocessen kombinerar en aktivslamanläggnings och biotornets positiva egenskaper och man får en anläggning som ger mycket hög verkningsgrad, klarar mycket hög belastning och som är drifttålig. I denna bassäng fyller man luftningsbassängen med tusentals små fyllkroppar av plast (ca 70 % fyllnadsgrad). Mikroorganismerna får växa på fyllkropparnas ytor och man får en biofilm med ett mycket stort antal mikroorganismer på fyllkropparna. De enskilda fyllkropparna sköljs runt i luftningsbassängen med hjälp av luftinblåsningen eller med hjälp av en propelleromrörare.
Genom att fyllkropparna hela tiden förflyttas runt i luftningsbassängen sköljer syrerikt
vatten genom fyllkropparna vilket gör att dessa inte sätts igen av slam och syre tillförs bioskiktet. Delar av bakterieskiktet nöts således successivt av fyllkropparna och följer med vattnet ut. Precis som i AS-processen följs luftningsbassängen därefter av en sedimenteringsbassäng för avskiljning av det slam som bildats i processen. För att hindra fyllkropparna att följa med det behandlas vattnet ut från luftningsbassängen används en sil. [117 stycke 3]
Till skillnad från den konventionella AS-processen behöver man i den suspenderade biofilmprocessen inte ha en returslampumpning för att upprätthålla en hög mikroorganismkoncentration i luftningsbassängen. De för processen viktiga mikroorganismerna växer ju på fyllkropparna och hålls hela tiden kvar i luftningsbassängen. Det är endast produktionen av nya celler som behöver avskiljas vid sedimenteringen vilket gör att sedimenteringsbassängen endast behöver dimensioneras för att klara denna begränsande avskiljning. [117 stycke 4]
- Den suspenderade biofilmprocessen blir allt vanligare inom den industriella avloppsvattenrening. Förklara varför man ofta väljer den suspenderade biofilmprocessen och inte en konventionell aktivslamanläggning genom att jämföra de två processtypernas egenskaper. Egenskapsskillnaderna skall förklaras. (X4)
Fördelen med suspenderad biofilmprocessen är:
• Rening med högre volymseffektivitet
• Större mängd aktiv biomassa – andelen aktiva mikroorganismer är högre än för aktivslamanläggning.
• Biomassan utgörs av mer specifika bakterier istället för en blandning av bakteriearter.
• Stabilare reningsprocess som tål belastningsvariationer och störningar dvs. chock.
• Ingen returslamåterföring
• Nedbrytningen ej beroende av goda slamegenskaper
• Låg suspenderingsbelastning på efterföljande slamseparationssteg.[B18]
• Mindre till ytan p.g.a. högre mikroorganismer koncentration (större yta mikroorganismer)
- Ett biotorn har varit mycket vanligt förekommande för rening av avloppsvatten inom kemisk industri. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vilka föroreningar som avskiljs, vilka reaktioner som sker, vad som händer med föroreningarna i anläggningen samt normala reningseffektiviteter för olika föroreningar i avloppsvattnet.
Biotorn är en cylindrisk behållare med en höjd av 4 – 7 m. Det är en bädd bestående av tusentals med fyllkroppar (av plast). [sid 110 -‐ 111] Det finns också kontinuerlig fyllning i biotorn. Avloppsvatten tillförs upptill med hjälp av t.ex. roterande spridare och avleds via uppsamlingskanaler. Luft möter vattnet och mikroorganismer bryter ned organiskt material med syre till koldioxid och vatten samt missceller. Mikroorganismerna finns inne i fyllkropparna som en bakteriefilm som kontinuerligt nöts av utav vattenflödet.
Biotorn har en BOD-reduktion på 50-85 % lägre än AS på 80-95%. Det är en tålig anläggning och brukar oftast belastas med 1-5 kg BOD7/m3,d vid exempelvis cellulosaindustriella tillämpningar. Biotorn är relativt vanliga. [en annan person]
Beskriv och förklara hur en Konventionellt utformad cirkulär sedimenteringsanläggning. OBS – även separationsmekanismen skall förklaras.
Principen är att vätskans flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera. [sid 105 första stycke] Inkommande vatten matas ut i bassängens centrum
och renat vatten dras av i bassängens periferi. Vattenhastigheten sänks när volymen ökar (från rör till tank) så att tyngre partiklar hinner sjunka till botten (och kan där skrapas bort) [BILDA Extern rening, Konv.sed.an].
Under senare år har många industrianläggningar installerat ett s.k. frisimmarsteg före sin konventionella aktivslamanläggning. Förklara varför? (X4)
Frisimmare är bakterier och steget är ditsatt före aktivslamanläggningen för att få bort en del föroreningar, vilket underlättar aktivslamprocessen.
- Bättre komma åt löst organiskt material. Ökning av frisimmare skapar föda/förutsättningar för flockbildningar i efterföljande biosteg, dvs. bättre sedimenterbart slam
- Buffrande effekt – kan slås ut och snabbt återbildas
Partiklar som rymmer från sedimenteringsbassäng är ett vanligt problem som gör att reningsresultatet inte blir så bra som önskvärt. Redovisa och motivera tre åtgärder som kan lösa problemet. (X5)
Partiklar som rymmer:
• Ta ut vatten en bit ned under vattenytan för att undvika att partiklarna på ytan rymmer ex men en slags vattenlåskonstruktion [BILDA].
• Minska turbulensen, med försiktig vattenut-‐ eller vatteninströmning [BILDA] (så att inte partiklarna som har sjunkit kommer upp igen till ytan och rymmer). Turbulent strömning kan påverka avskiljningen [sid 105 stycke 2]
• Justera det hydrauliska inflödet. Minska tillflödesenergin genom att byta riktning på inflödet. Ex istället för att ha en plugin-‐flöde så kan flödet tilläggas uppifrån (bassängens periferi). [http://www.hubersverige.se/Sedimentering.htm] En variant av aktivslam är den s.k. stegbeskickade anläggningen där avloppsvattnet tillförs på flera ställen i bassängen. Man får då en utjämning av belastningen i luftningsbassängen, vilket i sin tur kan ge ett bättre reningsresultat.
• Försedimentering: Den goda avskiljning över försedimenteringen ger en avlastning av biosteget och medför minskning av överskottsslamprodukton vilket föranleder högre slamålder. [stockholm vatten sid 5]
• En anledning till flytslam kan vara förändring av slammets egenskaper dvs. en ökning av trådformiga bakterier, vilket leder till slamsvällning. Svällslammet har dåliga sedimenteringsegenskaper och en svällslambildning kan helt äventyra processens stabilitet. Här bör man i första hans försöka undanröja störningsorsaken. I andra hand kan trådbakterierna bekämpas med klorering av returslam (i aktivslamanläggning), förtjockarbräddvattnet och rejektvattnet eller tillsats av fällningskemikalier (t.ex. järnklorid). [sid 110]
Svar från andra:
• Flera sedimenteringsbassänger i rad. Flera anläggningar sätts i rad i t.ex. avloppsreningsverk. Där sker rening om igenom för att ta bort sådant som inte avskiljs tidigare.
• Använda sig av ”polermetoden”. Man kan sätta ett sandfilter efter sedimenteringsbassängen som ett slutreningsteg för att fånga upp ytterliggare partiklar.
• Använda sig utav ett försteg. Använda ett galler eller ett fingaller före sedimenteringsbassängen för att ta bort större partiklar ex större fibrer innan de kommer till sedimenteringsbassängen. Detta för att minska belastningen på denna och öka reningsresultat.
• För lite frisimmare – löst organiskt material bryts inte ner. Selektor!
Möjligen pga. lång uppehållstid – djuren hinner ta över och äta upp
frisimmare.
• Flödet för stort i förhållande till storleken på bassängen – partiklar hinner inte falla till botten. Flockningsmedel.
• För lite flockformande djur pga. toxiskt avloppsvatten – utjämningsbassäng före.
För att förbättra en konventionell aktivslamanläggnings funktion för rening av industriella avloppsvatten kan man vidta ett flertal åtgärder. Redovisa tre skilda åtgärder (obs förändringar av AS-‐anläggningen) samt förklara på vilket sätt åtgärderna verkar dvs. underlättar behandling av industriavloppsvatten. (2X)
• För att få en anläggning med stor tålighet mot störningar och hög verkningsgrad kan man kombinera reningsmetoder (flerstegsteknik). Ex placera ett biotorn före en aktivslamanläggning. Biotornet genom sin tålighet skyddar den efterföljande aktivslamanläggningen som är känslig men ger hög reningseffekt.
• Aktivslamprocesser där ren syrgas utnyttjas (syrgasprocesser) istället för luft är ett exempel där man ger en bättre driftsäkerhet. Detta är lämplig vid högkoncentrerade avloppsvatten. Syrgassystem kan belasta högt, 2-‐5 kg BOD7/m3,d och är mindre känsliga för chockbelastningar.
• Tillsättning av aktivt kol till en aktivslammanläggning (s.k. PACT-‐ processen eller Katox-‐processen) är ett sätt att få en bättre COD-‐ reduktion och stabilare process. Detta används vid behandling av textilavloppsvatten.
• Suspenderade biofilmprocessen är en kombination av aktivslamanläggnings positiva egenskaper med biotornets positiva egenskaper och man får en anläggning som ger mycket hög
verkningsgrad, klarar mycket hög belastning och som är drifttålig.
En variant av aktivslam är den s.k. stegbeskickade anläggningen där avloppsvattnet tillförs på flera ställen i bassängen. Man får då en utjämning av belastningen i luftningsbassängen, vilket i sin tur kan ge ett bättre reningsresultat.
• I en total omblandad aktivslamprocess har man en fullständig omblandning av luftningsbassängen. Denna anläggningstyp är vanlig vid industriella tillämpningar eftersom man kan få en kraftig utspädning av höga föroreningskoncentrationer och ev. toxiska ämnen i avloppsvattnet som negativt kan påverka den biologiska processen.
• Biosorptionmetoden innebär att returslammet först luftas väl i en
”reaaktiveringsbassäng” och sedan blandas med avloppsvattnet i en
”kontaktbassäng” och luftas där under en relativt kort tid (15-‐30 min), varvid en s.k. biosorption av föroreningar till slammet kan ske. Fördelen med metoden är att man kan spara anläggningsvolym.
Ett företag kan trots att man har en rätt dimensionerad AS-‐anläggning ha problem med att utgående renade avloppsvatten innehåller för mycket organiskt material. Redovisa och förklara 4 olika, viktiga orsaker till detta.
• Rätt miljö:
o pH-‐ändringar: AS-‐anläggning arbetar i ett begränsat pH-‐intervall.
Det måste vara rätt pH för att bakterierna ska leva. Vissa lever i
specifika förhållanden.
o Temperaturändring av inkommande flöde
o Lång uppstartstid efter kollaps: Det tar tid att få den rätta
bakterieförhållandet i bassängen.
• Belastningsförändringar. AS-‐anläggningar är känsliga för belastningsförändringar då den har en dålig utjämnande förmåga. Inkommande flöden och koncentrationer av avloppsvatten kan variera beroende på vart de kommer ifrån (varierar efter hur produktionen går). [sid 116 stycke 2]
o Vid snabba flöden, kraftigt regn eller smältning av snö, åker bakterier ut ur reningsverket.
• Förgiftning: AS-‐anläggningar är känsliga för gifter. Avloppsvatten kan innehålla toxiska ämnen som kan slå ut ett biologiskt reningssteg. [sid
113/115 stycke 1]
• Stor styrbehov:
o Det är svårt att styra syrehalten i anläggningen
o Det är svårt att styra bakterieinnehållet. Det är viktigt att
förhållandet mellan olika organismer är rätt för att få en effektiv
reduktion. Organismerna lever i symbios.
[OH-‐samling sid B7 & B10D]
Svar från andra:
• Toxicitet: Döda M.O.
• Näring : saknas näring för effektiv slamtillväxt?
• Balans: Balansen mellan M.O. – bara frisimmare = inget sedimenterbart slam alt. uppätna frisimmare – ingen som äter löst organiskt material!
• Syretillgång: ordentlig luftning?
. Beskriv och förklara hur en långtidsluftad aktivslamanläggning fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen. (X3)
En långtidsluftad aktivslamanläggning är oftast utrustad med en selektor, luftningsbassäng och sedimenteringsbassäng. Det försedimenterade avlopsvattnet behandlas i en selektor dvs. ett försteg där den till den biologiska reningen för att gynna mikroorganismer som ger bra slam. [187 stycke 2] luftningsbassäng, se figur, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpas delvis som en returslam till luftningsbassängen. För att erhålla en långtgående reduktion av organiskt material, luftningsbassängen, är det nödvändigt med returslampumpningen, för att skapa hög slamhalt (hög koncentration mikroorganismer). [sid 107 stycke 1]
I luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning av organiska kolföreningar till
koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]
Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation). Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer
man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation) [sid 107 stycke 5]
Den långtidsluftade aktivslamanläggningen är en lågbelastad variant av konventionell aktivslamanläggning och de bygger på samma princip. Den låga
belastningen leder till att svårnedbrutna föreningar hinner metaboliseras. Man får en bra minskning av COD och av toxiska organiska föreningar. En hög slamålder ger
långsamväxande bakterier möjligheten att stanna kvar i systemet och ger en rikare mikroflora som bidrar till lägre utsläpp av organiskt material.
- Vad är skillnaden mellan en långtidsluftad aktivslamanläggning och konventionell aktivslamanläggning.
Den långtidsluftade aktivslamanläggningen är en lågbelastad variant av konventionell aktivslamanläggning och de bygger på samma princip. Skillnaden mellan en vanlig aktivslamprocess och en långtidsluftad aktivslamprocess är den hydrauliska uppehållstiden. Bakterierna hålls kvar längre i systemet i LAS ca 1 dygn som gör att den tål variationer i belastningen och vattensammansättningen bättre. Eftersom man normalt arbetar vid ungefär samma slamhalter som i konventionell aktiv slam (1,5-
3g/l) betyder det att slambelastningen blir betydligt lägre och slamåldern högre dvs.
Detta betyder att den biologiska nedbrytningen kan fortgå under en längre tidsperiod med ökad nedbrytning och lägre slamproduktion som följd. Konsekvensen för den långa slamåldern blir också att systemet blir mindre känslig för störningar. http://www.chemeng.lth.se/exjobb/E427.pdf
En hög slamålder ger långsamväxande bakterier möjligheten att stanna kvar i systemet och ger en rikare mikroflora som bidrar till lägre utsläpp av organiskt material. Den låga belastningen leder till att svårnedbrutna föreningar hinner metaboliseras. Man får en bra minskning av COD och av toxiska organiska föreningar. Då man har ont om utrymme eller en känslig recipient använder man den konventionella aktivslamanläggningen.
- Beskriv och förklara hur en totalomblandad aktivslam-‐anläggning fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen.
[OH-B11]
Det försedimenterade avloppsvattnet behandlas i en luftningsbassäng, se figur, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpas delvis som en returslam till luftningsbassängen. För att erhålla en långtgående reduktion av organiskt material, luftningsbassängen, är det nödvändigt med returslampumpningen, för att skapa hög slamhalt (hög koncentration mikroorganismer). [sid 107 stycke 1]
I en totalomblandad aktivslamprocess har man en fullständig omblandning
av luftningsbassängen. Denna anläggningstyp är vanlig vid industriella tillämpningar eftersom man kan få en kraftig utspädning av höga föroreningskoncentrationer och ev. toxiska ämnen i avloppsvattnet som negativt kan påverka den biologiska processen. [sid 109 stycke 4]
I luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]
Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation). Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation) [sid 107 stycke 5]
Stegbeskickad anläggning
Vid stegbeskickade anläggningen tillförs avloppsvattnet på flera ställen i bassängen. Man får då en utjämning av belastningen i luftningsbassängen, vilket i sin tur kan ge ett bättre reningsresultat. Den konventionella aktivslamprocessen är en pluggflöde dvs. avloppsvattnet tas in i ena änden av luftningsbassängen och det behandlade vattnet tas ut i den andra. [109 stycke 3]
Kontaktstabilisering
I kontaktprocessen kan man kompensera mikroorganismernas långsamma tillväxt genom att ha en effektiv slamåterföring via sedimenteringssteg. [121 stycke 3]
Ringkanal med separat eftersedimentering
Ringkanal är en variant av en LAS. Den är en lågbelastad anläggning, arbetar med
höga slamhalter och långa uppehållstider. Som en LAS kännetecknas den av god stabilitet och tålighet mot variationer i belastning och avloppsvattensammansättning. [sid 110 stycke 1]
. Vid industriell avloppsvattenrening så är den totalblandade aktivslamprocessen mycket ofta använd istället för den konventionella aktivslamprocessen med ett pluggflöde som så ofta används vid kommunal rening. Förklara varför? (X3)
I en totalblandad aktivslamprocess har man en fullständig omblandning av luftningsbassängen. Denna anläggningstyp används mycket ofta, eftersom man kan få en kraftig utspädning av höga föroreningskoncentrationer och eventuella toxiska ämnen i avloppsvattnet som kan påverka negativt på den biologiska processen. [109 stycke 4]
Redovisa samt förklara 2 fördelar som denna process (LAS) har jämfört med t.ex. en aktivslamanläggning.
- LAS är en lågbelastad process -‐ Systemet är mindre känslig för störningar.
- LAS har en rikare mikroflora där svårnedbrytbara föreningar hinner metaboliseras. Dvs. ökad nedbrytning av organisk material med lägre slamproduktion.
Jämför en aktivslamanläggning och en luftad damm med avseende på tålighet resp. slamproduktion. Förklara skillnaden.
Den luftade dammen är en stor och grund damm/mindre sjö där reningen sker på samma sätt som i naturliga vattendrag. Förutom bakterier så arbetar även alger. Luftade dammen har en högre uppehållstid än LAS (större yta) vilket innebär att den biologiska nedbrytningen kan fortgå under en längre tidsperiod med ökad nedbrytning och lägre slamproduktion som följd. Den långa slamåldern ger systemet en lägre belastning och slamproduktion än LAS. Mycket av det bildade slammen hinner sedimenterar i dammen innan vattnet kommer till sedimenteringsbassängen. Den luftade dammen är också mindre känslig mot chocker i form av stötbelastningar, låga temperaturer (hög slamålder = högre temp) eller utsläpp av toxiska ämnen som kan störa den biologiska processen. [114-115]
. Vad är en selektor? Förklara hur den fungerar. (X5)
En selektor är ett försteg till ett biologiskt reningssteg och då vanligen till en aktivslamanläggning. Till detta försteg leds ett delflöde av avloppsvattnet som skall behandlas och ett delflöde av returslammet. Från selektorn leds vattnet vidare till aktivslamanläggningens luftningsbassäng. Syftet med selektorn är att gynna utvecklingen av vissa typer av mikroorganismer som är fördelaktiga för den biologiska reningsprocessen. Vanligt är att försöka gynna flockformiga mikroorganismer för att få ett slam med goda egenskaper. Selekteringen sker genom att man i selektorn har sådana förhållanden – t.ex. hög substanskoncentration, vissa syreförhållanden etc. – som gör att de önskade mikroorganismernas tillväxt gynnas. [sid 119 stycke 1]
En selektor gynnar flockbildande mikroorganismer framför filamentbildande.
Kemisk rening – Förfällning med olika metallsalter
- Kemisk rening används ofta inom industrin. En tillämpning är för avskiljning av mycket små partiklar i ett avloppsvatten. Redogör för hur den kemiska reningen genomförs (alla ingående steg skall beskrivas) samt förklara även hur reningen fungerar. (X2)
Kemisk fällning är mycket vanlig för rening av ett metall-‐haltigt avloppsvatten. Reningen består av flera steg. I första steget höjs pH-‐nivån genom att tillsätta fällningskemikalien – oftast hydroxidjoner genom tillsats av lut [NaOH] eller släkt kalk [Ca(OH)2] – under kraftig omrörning. Härvid bildas metallhydroxidpartiklar och ger följande ekvation:
Me2+ + 2 OH-‐ ⇆ Me(OH)2
I nästa steg vill man få de mycket små bildade partiklarna att slå sig samman till
stora aggregat – flockning. Flockningen görs med hjälp av tillsats av ett
flockningshjälpmedel – en s.k. polyelektrolyt. Vid flockningen måste omrörningen vara mycket försiktig så att inte bildade flockar slås sönder.
Efter flockbildningssteget har man ett flockavskiljningssteg i form av
sedimentering (partikelavskiljning kan även ske genom filtrering). Mycket ofta utnyttjas lamellsedimentering för flockavskiljningen [BILDA/sid 134-‐135].
- En del massafabriker använde tidigare en kemisk reningsprocess istället för biologisk rening för att minska utsläppen av organiskt material. Beskriv den kemiska processen och förklara hur den fungerar (alla separationsmekanism ska förklaras). (X3)
Avloppet från en massafabrik innehåller framför allt fiberrester och olika organiska ämnen. Typiska reningssteg är därför sedimenteringssteg för avskiljning av fiberrester (och biologiska reningssteg). Med kemisk rening förstärker man reningen med utfällning av fosfor och utflockning av kvarvarande fiberrester. [186 sista stycke – 187 andra stycke, 148]
Kemisk rening består av tre bassänger – fällning, flockning, sedimentering.
• Fällningskemikalier AVR inblandar under kraftig omrörning av vatten
• Fortsatt omblandning men till bara försiktigt
• Kammaren tillsätts flockningsmedel.
Svar från andra:
• Mycket organiskt material = tungt biologisteg = matning med fosfor?
• Fällning av fosfor: Me3+ (Al, Fe, Ca) + PO43- -> MePO4
• Flockning av suspenderat organiskt material: bireaktion vid fällning = Me reagerar med HCO3- och bildar Me(OH)3. Metallhydroxiden bildar flockar som adsorberar kolloider! Flockning!
• Fällning: Bildning av svårlösligt salt som alltså faller ut
• Flockning: neutralisering av kolloiders negativa yta vilket möjliggör större flockbildning, alt. svepkoagulering, dvs. bildning av metallhydroxider som kan dra med sig kolloider till botten.
• Efterföljs av flockavskiljning, ofta lamellsedimentering
Flockning:
• 1. Flockningsmedel (t ex Al3+) fäster på ytan av negativt laddade kolloider och slår samman dessa till stora aggregat.
• 2. Långkedjad polymerer som fungerar som ettan är tänkt.
• Men även svepkoagulering: Al reagerar med vatten och bildar Metallhydroxider -> kolloider som drar med sig partiklar när de sedimenterar. (Troligen viktigare mekanism än 1 pga. att 1 kräver i stort sett omedelbar kontakt mellan kolloiderna och flockningsmedlet.)
Avskiljning genom konventionell sedimentering (alt. lamellsedimentering)
. (forts) Redovisa och förklara 3 för-‐ och nackdelar med att använda en kemisk process istället för en konventionell biologisk process. (X2)
Nackdelar
• Problem associerad med förvaring, hantering och dosering
• Luktproblem
[http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/cww_bref_0203.pdf sid
85]
• Saker som kan bilda komplex kommer ut i naturen
• Fosfor försvinner från naturens kretslopp (då det tas med från vattnet)
Fördelar
• Inget kan slås ut – ta död på organismer.
• Lättare att reglera
• Man behöver inte tillsätta näringsämnen/luft.
• Lättare att sedimentera de är både fällda och flockade av farliga
(kolloidala) partiklar.
• Avskiljer lösta ämnen som t.ex. fosfor, metaller (salt) mm genom fällning.
• Avskiljer finpartikulärt suspenderat material som t.ex. fibrer genom flockning.
• Billig
• Behöver inte stora bassänger
• Är inte lika känslig
- Företaget Cromater (alt Ytkemi AB) arbetar med ytbehandling och erhåller ett avloppsvatten innehållande metallerna Cu2+, Fe3+, Zn2+ samt Ni2+. Företaget har en konventionell reningsanläggning baserad på kemisk fällning.
a. Beskriv och förklara hur reningsanläggningen är uppbyggd och fungerar. (X4) Beskrivningen skall innehålla en redovisning av hur processen tekniskt genomförs, vilka reaktioner som sker och vilka separationsmekanismer som utnyttjas.
Man utnyttjar att metallhydroxider har mycket låg löslighet i vatten. Genom att höja
avloppsvattnets pH exempelvis genom dosering av natriumhydroxid till det metalbärande vattnet fälls metaller ut som metallhydroxider:
Me2+ + 2 OH- = Me(OH)2
Kan också använda släckt kalk istället, är billigare men natriumhydroxid är mer lätthanterligt. Metallhydroxidpartiklarna är svåra att avskilja.
Därför behöver man efter utfällningssteget ha ett flockningssteg. Ett flockningsmedel tillsätts, en s.k. polyelektrolyt som får partiklarna att slå sig samman
till stora aggregat. Tillsättning av polyelektrolyten sker under försiktig omrörning så att man inte slår sönder bildade flockar.
Den erhållna fällningen, metallhydroxidslam avlägsnas ur vattnet genom sedimentering. Ofta används lamellsedimentering, filtrering kan också användas.
Erhållna slammet avvattnas ofta med hjälp av kammarfilterpress och tas omhand för deponering som farligt avfall.
Alternativ svar:
Reaktion: Me2+ + 2 OH-‐ -‐> Me(OH)2
OH-‐ från lut (NaOH) vid små anläggningar eller släckt kalk (Ca(OH)2) vid stora. Släckt kalk (Ca(OH)2) framställs först ur bränd kalk: CaO + H2O
1) Fällning: utfällning genom bildande av svårlösliga MeOH2 som är mycket små/svåra att avskilja, kolloidala partiklar
2) Flockning: Flockningsmedel fäster på ytan och slår samman kolloider till stora aggregat.
3) Avskiljning: Förslagsvis genom lamellsedimentering (homogena partiklar)
(Obs att samma kemikalier kan fälla ut en sak och genom flockning dra med något annat)
. Redovisa vilken/vilka kemikalier som används samt förekommande kemiska reaktioner.
Kemisk fällning kan göras på olika sätt. Oftast utnyttjas att metallhydroxider har en
mycket låg löslighet i vatten. Genom att höja avloppsvattnets pH exempelvis genom dosering av natriumhydroxid (lut) till det metallbärande vattnet fälls metaller ut som metallhydroxid
pH-höjningen kan också göras med hjälp av släckt kalk, Ca(OH)2. Släkt kalk är billigare att använda men natriumhydroxid är enklare att hantera. En liten ytbehandlingsanläggning med litet avloppsvattenflöde väljer normalt natriumhydroxid medan ett järn- och stålverk med stora avloppsvattenflöden normalt väljer släkt kalk för pH-höjningen.
Figuren nedan visar en typisk anläggning för metalutfällning.
Tillsättning av fällningskemikalier sker under kraftig omrörning så att metaljoner och hydroxidjoner får en chans att mötas och reagera. Om det avloppsvatten som ska behandlas har ett mycket lågt pH-värde kan pH-höjningen genom tillsättning av lut eller släkt kalk ske i två steg. I det första steget görs en grovneutralisering och i steg nummer två görs en finjustering av pH.
De metallhydroxidpartiklarna som man får vid utfällningen är mycket små och svåra
att avskilja. Därför behöver man efter utfällningssteget ha ett flockningssteg. Här tillsätts ett flockningshjälpmedel, en s.k. polyelektrolyt, som får partiklarna att slå sig samman till stora aggregat. Tillsättningen av polyelektrolyten sker under försiktig omrörning så att man inte slår sönder bildade flockar.
Den erhållna fällningen, metallhydroxidslam, avlägsnas ur vattnet genom sedimentering. Som sedimenteringsutrustning används mycket ofta en lamellsedimenteringsutrustning. Partikelavskiljningen kan också ske genom filtrering. Det erhållna slammet avvattnas, mycket ofta med hjälp av en kammarfilterpress, och tas sedan omhand för deponering som farligt avfall.
I samband med utfällning av metaller förekommer en rad problem som gör att reningsresultatet inte alltid blir så bra som är önskvärt. Redovisa 2 olika problem som är aktuella samt förklara varför. (X4)
Alternativ fråga 2: Trots reningen så är vattnet inte rent och företaget kan få krav på sig om att förbättra reningen. Beskriv och förklara två mycket vanliga problem som kan vara orsaken till att företaget Cromater (Ytkemisk) rening inte ger fullgott reningsresultat. (X2)
• Metallhydroxidens löslighet är starkt pH-‐beroende.
För enskilda metaller når man maximal utfällning inom snäva men dessvärre olika pH-‐intervall. Vid högre respektive lägre pH erhålls snabbt en betydande metallhalt i lösning. Ett avloppsvatten från bl.a. ytbehandlingsindustrier innehåller en blandning av metaller (Cu, Cr, Zn, Ni, etc.). Egentligen skulle det då krävas en flerstegsutfällning vid olika pH, men detta är ekonomiskt orimligt. Man kompromissar därför och lägger sig på pH 9-‐10. Vid detta pH utfälls flertalet metaller i någorlunda hög grad, dock långt ifrån teoretiskt maximala värden.
• Avloppsvattnet innehåller ofta s.k. komplexbildare.
Komplexbildare tillsätts ofta till ytbehandlingsbad för att hålla metaller i badet i lösning. Om avloppsvattnet innehåller komplexbildare kommer komplexbundna metaller att hindra att fällas ut. Komplexbildarna motverkar således den kemiska utfällningen.
. Redovisa för var och en av problemen enligt ovan (c) en åtgärd som kan minska problemen. Åtgärderna skall beskrivas och även förklaras. (X3)
Problemet är att hydroxidutfällningen är en jämviktreaktion och har även vid optimalt pH alltid en viss mängd metaljoner i lösning.
• Metalutfällning med annat fällningsmedel, med en gynnsammare kemisk jämvikt.
Ex kan man fälla metaller som metallsulfid med hjälp av bl.a. natriumsulfid (Na2S). Metallsulfider är mer svårlösliga dvs. restkoncentrationer i vattnet efter en utfällning blir betydligt lägre än om man fäller som metallhydroxid. [sid 136 sista stycke - 137] Men å andra sidan är de bildade slampartiklarna mycket små och svårskiljbara. Ett annat problem är att svavelväte kan bildas.
• Om möjligt, oskadliggöra komplexbildarna innan fällningsteg.
Ex används cyanider ofta som komplexbildare i vissa ytbehandligsprocesser. Lösningen är att avlägsna cyaniden ur vattnet genom att ha ett cyanidoxidationssteg för de vattenströmmar som innehåller cyanid. [sid 137 sista stycke - 138]
- Problemet med de små partiklarna kan lösas genom att man kompletterar fällningsanläggningen med ett polersteg i form av ett sandfilter.
