Utbyggnad och modernisering av avloppsreningsverk

• 1. Föråldrade avloppsreningsverk
• 2. Utbyggnad av reningsverk
• 3. Utbyggnad av reningsverket vid ett fjäderfäslakteri med tillagning av färdigmat
• 4. Slutsatser

1. Föråldrade avloppsreningsverk

Många av de avloppsreningsverk som byggts under de senaste decennierna för att hantera industriellt avloppsvatten med hög föroreningsbelastning har blivit föråldrade på grund av olika faktorer:

• Ökad produktionskapacitet inom dessa branscher.
• De har begränsats av vattenbrist och perioder av torka.
• Myndigheterna inför strängare gränsvärden för kemisk syreförbrukning (KSB), biologisk syreförbrukning (BSB5), suspenderade ämnen, totalt kväve, fosfor, tungmetaller och andra parametrar.

Av dessa skäl krävs det ofta ytterligare reningssteg eller utbyggnader av anläggningen för att möjliggöra ett säkert utsläpp av vattnet eller återanvändning av det.

När man planerar en utbyggnad eller ombyggnad av ett reningsverk bör man beakta följande:

• Minskad behov av utrustning. Ett exempel på detta är att utrustning för slamförtätning kan komma att fasas ut, eftersom DAF-systemen producerar mer koncentrerat slam.
• Minskad energiförbrukning genom att prioritera energieffektiva tekniker.
• Mindre utrymme krävs för utbyggnaden, eftersom den nya utrustningen är mindre. 
• Minskad slamproduktion genom optimering av belastningsförhållanden och slamets ålder, samt genom att öka slamkoncentrationen med hjälp av andra mekaniska torkningsprocesser.
• Återanvändning av renat avloppsvatten i hjälpprocesser (tvätt, kyltorn), för driftsvatten eller bevattning, vilket minskar förbrukningen av ledningsvatten.

2. Utbyggnad av reningsverk

När ett reningsverk blir för litet uppstår olika typer av problem:

• Obehagliga lukter
• Underhållsproblem på grund av drift vid gränsvärden
• Ökad bildning av slam
• Eventuell höjning av avfallsavgiften
• Överträdelse av utsläppsbestämmelserna.

En av de största utmaningarna vid utbyggnad av ett avloppsreningsverk är den begränsade utrymmeskapaciteten. Ofta krävs det att man förstärker eller kompletterar reningssystemet med ny utrustning, samtidigt som man måste hantera en betydligt ökad slamproduktion. Dessutom använder många av dessa anläggningar teknik som har blivit föråldrad jämfört med de mer effektiva och kompakta lösningar som tillverkas idag.

I många fall är det inte genomförbart att helt ersätta ett reningsverk med ett nytt, både på grund av de höga kostnaderna och bristen på utrymme för att bygga en ny anläggning medan den befintliga fortfarande är i drift. Därför är ett mer realistiskt alternativ en stegvis modernisering genom att uppgradera eller byta ut nyckelkomponenter i det befintliga systemet, i syfte att öka dess kapacitet, effektivitet och anpassningsförmåga till nya lagkrav och driftskrav.

I andra fall händer det att den teknik som används inte klarar av att uppnå den kvalitet som krävs för det renade vattnet, särskilt när det ska släppas ut i det allmänna vattendraget.

Un ejemplo claro es el cumplimiento de los límites de DQO y Nitrógeno cuando se emplean decantadores secundarios en tratamientos biológicos o reactores SBR, los cuales no alcanzan los rendimientos esperados en la separación de sólidos. Esta falta de rendimiento se puede deber al dimensionamiento insuficiente del elemento, o a las características de los sólidos que no tienen el índice de sedimentación (IVL o índice volumétrico de lodos) adecuado para su separación por decantación (IVL < 100).

För att genomföra dessa utbyggnader och förbättringar tillämpas vanligtvis en rad strategier:

Vid den primära behandlingen (fysikalisk-kemisk)

Det blir allt vanligare att man byter ut avskiljningssystem för grtraditionella filter (t.ex. koalescensplattor eller densitetsseparatorer) och system för primär sedimentering genom anläggningar för flotation med upplöst luft (DAF), eller genom CAF-system (Kavitationsinducerad luftflotation).

Dessa anläggningar möjliggör en effektivare avskiljning av kolloidalt material, suspenderade fasta ämnen, oljor och fetter samt en del av det organiska materialet, vilket minskar föroreningsbelastningen som når den efterföljande biologiska reningen. Deras kompakta utformning, modularitet, automatisering och tillförlitlighet gör dem idealiska för integration i befintliga reningslinjer.

Ett DAF-system övermättar luften som sedan frigörs i små bubblor inuti flottören, vilka fäster sig vid de suspenderade fasta partiklarna och drar dem upp till ytan, där de avlägsnas av ett mekaniskt sopningssystem. I fallet med CAF skapas bubblorna genom kavitation och genereras i en roterande turbin.

Ett DAF-system kan även användas som ersättning för den sekundära sedimenteringen, som sker efter en biologisk process. Denna kombination av biologisk reaktor och DAF kallas FBR (Flotation Bioreactor).

I detta sammanhang gör DAF-systemen det möjligt att minska reaktorns storlek genom att arbeta med högre belastningar, med biomassakoncentrationer (MLSS) på 5–6 g/l, vilket är betydligt högre än de 3–4 g/l som gäller för reaktorer med sekundär avskiljare.

Dessutom producerar DAF-anläggningarna slam med höga torrsubstanshalter (mellan 3 och 4 %), medan sedimenteringen knappt når upp till 1 % torrsubstans. Tack vare DAF-systemen behövs inte längre anläggningar för förtjockning av mellanslam, vilket innebär betydande utrymmesbesparingar och färre anläggningar och pumpar.

De främsta fördelarna med utrustning för flotation med upplöst luft är:

• Byte av primära dekanteringsbehållare inom industrier som hanterar fetter och oljor (slakterier, mejerier, tillverkning av färdigmat m.m.).
• Förbättrad prestanda vid avskiljning av fasta ämnen och minskning av COD i anläggningar med hydraulisk eller organisk överbelastning.
• Optimering av belastningen på den efterföljande biologiska reningen (en minskning med 40–60 % av COD och suspenderade ämnen).
• Hög separationsgrad (>90 % SST, >80 % COD).
• Minskning av volymen biologiskt slam.
• Enkel montering och snabb idrifttagning.

Om slamproduktionen har ökat sedan reningsverket byggdes, bör man beakta fördelarna och nackdelarna med de olika mekaniska avvattningsprocesserna (centrifug, bandfilter, filterpress etc.). Filterpressar ger det torraste slammet (30–40 %).

Vid sekundärbehandling (biologisk)

Beroende på avloppsvattnets sammansättning kan det bli nödvändigt att förstärka nitrifikations- och denitrifikationsprocessen. För detta ändamål kan man utvidga de anoxiska zonerna och zonerna med förlängd luftning, eller införa specifika tekniker såsom MBBR-reaktorer (Moving Bed Biofilm Reactor). Dessa system integrerar flera steg av biologisk behandling genom användning av rörliga bärare (”carriers”) som främjar utvecklingen av fastsittande biomassa. Denna konfiguration optimerar kvävereduktionen och möjliggör biologisk oxidation i ett mindre volym, vilket ökar processens effektivitet och minskar det utrymme som krävs.

I vissa fall kan höga organiska belastningar göra det lämpligt att installera ett anaerobt system före det aeroba, vilket förbättrar den biologiska prestandan, genererar biogas och drastiskt minskar slamproduktionen.

Det finns även utsläpp som är resistenta eller svårnedbrytbara biologiskt, vilket är fallet med vissa organiska föreningar inom textil-, pappers-, kemikalie-, läkemedels- och kosmetikaindustrin. I dessa fall kan man installera avancerade kemiska oxidationssystem (AEO), som gör det möjligt att bryta ned kedjorna av organiska föreningar till mer biologiskt nedbrytbara ämnen. De vanligaste teknikerna använder energirika oxidationsmedel som ozon (O₃) och peroxider (H₂O₂), klor i form av klordioxid (ClO₂) eller peroxid (Cl₂O₃), UV-katalysatorer. Därefter följer en filtrering genom ett flerskiktsfilter (MMF) och granulärt aktivt kol (GAC).

Membranbioreaktorer är ett utmärkt val för att förstärka och förbättra en konventionell biologisk rening. Ett MBR-system kombinerar biologisk rening med membranfiltrering (mikrofiltrering eller ultrafiltrering), vilket möjliggör avskiljning av suspenderade fasta ämnen, organiskt material, kväve och fosfor. Membranbioreaktorer producerar renat vatten av högsta kvalitet, som i många fall kan återanvändas. Dessutom sparar deras kompakta storlek utrymme i anläggningen.

de fördelar systemens huvudkomponenter MBR är :

• Ersättning eller utökning av konventionella biologiska reningsprocesser utan behov av sedimenteringsbassänger eller förtjockare.
• Produktion av högkvalitativt vatten för återanvändning (bevattning, kyltorn, industriella processer).
• Högre biomassakoncentration (MLSS 8–12 g/l), vilket minskar reaktorns volym.
• Calidad de efluente excelente (SS <1 mg/l, turbidez <0,2 NTU).
• Större förmåga att hantera toppar i föroreningsbelastningen, vilket är vanligt vid industrianläggningar.
• Robusta och kompakta enheter som garanterar en pålitlig och kontinuerlig behandling.
• Mindre mängd överskottsslam från den biologiska processen.
• Minskning av koldioxidavtrycket.
• Automatiserad och stabil drift.

MBR-systemen kan vid behov integreras med tertiära desinfektionssystem eller system för omvänd osmos för direkt återanvändning av det renade vattnet.

3. Utbyggnad av reningsverket vid ett fjäderfäslakteri med vissa farhågor

Fjäderfäslakterier med produktionslinjer för färdiglagad mat genererar avloppsvatten med hög organisk belastning och betydande halter av fett, proteiner, oljor, blod, kryddor och tillsatser.

Traditionella reningsanläggningar räcker ofta inte till för att uppfylla de föreskrivna utsläppsgränserna, särskilt när det gäller kemisk syreförbrukning (KSB), totalt suspenderat material och fett.

Vi tar som exempel ett fjäderfäslakteri som även tillverkar färdigmat och som har ett avloppsreningsverk med utsläpp till det allmänna vattendraget. Anläggningen har följande reningsprocess:

• Primärrening med primär sedimentering
• Konventionell biologisk rening med aktivslam.
• Mekanisk torkning av slam med hjälp av centrifug.

I följande tabell anges den grundläggande sammansättningen av det avloppsvatten som genereras inom denna bransch:

PARAMETER	ENHET	SAMLING
pH	–	6,5–8
COD	mg/l	4 000–10 000
SST	mg/l	2 000–4 000
Oljor och fetter	mg/l	500–1 500
Totalt kväve	mg/l	80–150

Detta avloppsvatten består av utsläpp från slakt (blod, inälvor), skållning och plockning, diskning av brickor, tillagning, fyllning av korv och rengöring av utrustning.

Anläggningen består av följande reningssteg:

I detta fall, som kan betraktas som mycket vanligt, föreslås följande åtgärd:

Vid den fysikalisk-kemiska reningen ersätts den primära sedimenteringsbehållaren med en anläggning för flotation med upplöst luft. Syftet är att avlägsna större delen av de fasta ämnena, fetterna och en del av den kemiska syreförbrukningen (KSB) för att minska belastningen som leds vidare till den biologiska reningen.

DAF-systemets konfiguration består av:

• Doseringsutrustning för koagulerings- och flockningsmedel, som sprutas in i en flockningsspiral för att säkerställa en korrekt reaktion.
• DAF-utrustning med luftspridningssystem, ytlig slamavskiljning med hjälp av en mekanisk sopmaskin samt automatisk bottenrensning.
• Trycksättningssystem med vattencirkulationspump, trycksatt luftsättning samt luftning med tryckavlastning och fördelning av luftbubblor i flottörbehållaren.

De resultat som reningsverket uppnått efter denna ombyggnad är följande:

• SST: minskning med över 90 %
• KBO: minskning med 40–60 %
• Fetter: avlägsnas till över 90 %

I den sekundära reningen föreslås en ombyggnad av den konventionella biologiska reaktorn med aktivslam för att omvandla den till ett MBR-system med membran nedsänkta i en anslutande tank.

Syftet är att oxidera det organiska material som passerar ut ur DAF-anläggningen och avlägsna kväve, vilket resulterar i ett klarat avloppsvatten som är fritt från fasta ämnen och lämpligt för återanvändning.

Den föreslagna konfigurationen för membranbioreaktorn är följande:

Anordning för en ansluten behållare som innehåller plana, nedsänkta mikrofiltreringsmembran, utrustad med system för återcirkulation, luftrengöring, kemisk tvättning och slamavskiljning.

Efter denna renovering är de grundläggande egenskaperna hos det renade vattnet följande:

PARAMETER	ENHET	GRÄNSVÄRDE FÖR UTSLÄPP (*)	RENAT AVLOPPSVATTEN
COD	mg/l	125–150	≤ 50
SST	mg/l	35–60	≤ 5
Oljor och fetter	mg/l	10–25	≤ 10
N – NH4+	mg/l	15–35	≤ 10

(*) Gränserna för utsläpp till vattendrag beror på avrinningsområdet och det specifika utsläppstillståndet.

Med dessa resultat kan vi konstatera följande förbättringar efter moderniseringen av reningsverket:

• Total minskning av COD > 95 %, SST > 98 %.
• Avloppsvatten som lämpar sig för återanvändning i hushåll och för bevattning.
• En minskning i storleksordningen  40 % av slamvolymen.
• Efterlevnad av avfallslagstiftningen och besparingar i avfallsavgifter.
• Inga obehagliga lukter.
• Mindre utrymmesbehov jämfört med konventionella system.
• Stabil drift, möjlig att automatisera och mindre känslig för varierande belastningar

Nedan redogörs för ytterligare möjliga förbättringar av det analyserade reningsverket:

• Installation av ett UV-desinfektions- eller kloreringssystem för återanvändning av vatten vid städning.
• Anaerob nedbrytning av slam om man vill utvinna biogas för energiåtervinning.
• Onlineövervakning av COD, TSS, flöde, membrantryck och upplöst syre.
• Ersättning av slamcentrifugen med en filterpress, vilket gör det möjligt att öka slamets torrhalt till 25–30 %.

Efter dessa ändringar skulle behandlingslinjen se ut enligt följande:

Vakuumindunstning är lämpligast när man vill återvinna restprodukten, eller när man behöver en hög koncentration av restprodukten på grund av dess farlighet eller komplexitet. I dessa fall kan den initiala investeringen och den höga energiförbrukningen komma att betala sig.

Bandfilter och centrifuger är bäst lämpade för stora flöden av enkel slam, såsom det som kommer från kommunala reningsverk. De ger en slamkoncentration som uppfyller kraven för standarddeponier, till relativt låga installations- och driftskostnader.

4. Slutsatser

Industriell tillväxt och produktdiversifiering medför ofta en ökning både av flödena och av den föroreningsbelastning som reningsverken måste hantera. Denna överbelastning kan leda till att befintliga reningsverk blir överbelastade, vilket äventyrar reningsverkningsgraden och efterlevnaden av utsläppsgränserna.

De allt strängare lagkraven och åtagandena för hållbarhet driver på moderniseringen av ett stort antal industriella avloppsreningsverk. I detta sammanhang möjliggör införandet av avancerad teknik, såsom system för flotation med upplöst luft (DAF) och membranbioreaktorer (MBR), inte bara en betydande förbättring av kvaliteten på det slutliga utflödet, utan också en optimering av driften, en minskning av anläggningens utrymmesbehov och en underlättning av återanvändningen av det renade vattnet.

Konventionella reningssystem, som bygger på förklarare, traditionella biologiska reaktorer och sekundära sedimenteringsbassänger, visar sig i många fall vara otillräckliga eller ineffektiva när det gäller att möta de nya kraven. Moderniseringen av industriella avloppsreningsverk, inklusive tekniker som DAF- och MBR-system, gör det möjligt att hantera dagens utmaningar inom vattenrening:

• Minska driftskostnaderna.
• Utöka reningskapaciteten.
• Förbättrar växtens avkastning.

Litteraturlista och källor

• Metcalf & Eddy (2020), Avloppsteknik: Rening och återvinning av resurser.
• Judd, S. (2011), The MBR Book: Principer och tillämpningar av membranbioreaktorer för vatten- och avloppsrening.
• Capodaglio, A. G. (2019), Avancerad avloppsrening
• Effektiva och hållbara anläggningar för flotation med upplöst luft
• CAF-system för kaviteringsluftflotation av avloppsvatten
• FBR-bioflotation: Biologisk reaktor + DAF-rening
• Filterpressar med sidotransport för avvattning av slam
• MBR-system – Membranbioreaktorer för avloppsvatten 
• PFL-flockuleringsapparat för koagulering och flockulering – SIGMADAF