Analys och karakterisering av industriellt avloppsvatten

• 1. Karakterisering av industriellt avloppsvatten
• 2. Provtagning
• 3. Analys av avloppsvatten
• 4. Laboratorieundersökningar och tester                   
• 5. Definition och beskrivning av lämplig process: behandlingslinje
• 6. Dimensionering av utrustning för avloppsrening
• 7. Slutsatser

1. Karakterisering av industriellt avloppsvatten

Avloppsvatten som uppstår vid industriell verksamhet måste behandlas på lämpligt sätt för att uppfylla gällande bestämmelser om utsläpp och miljöskydd.

En korrekt karakterisering av avloppsvattnet är det första steget för att säkerställa en korrekt utformning av en reningsanläggning. Kvaliteten och tillförlitligheten hos de förhandsanalyser och -provningar som genomförs har direkt inverkan på:

• Val av process och teknik.
• Dimensionering av utrustningen.
• Anläggningens slutliga avkastning.

Otillräcklig kunskap om avloppsvattnet kan leda till ineffektiva konstruktioner, driftsproblem och svårigheter att uppfylla de lagstadgade utsläppsgränserna.

Behandlingslinjens utformning och komplexitet beror på faktorer som:

• Utsläppens fysikalisk-kemiska och biologiska sammansättning.
• Variationerna i produktionsprocesserna.
• De krav som ställs vid den slutliga avlastnings- eller återanvändningsplatsen.

Varje bransch har sina egna särdrag som beror på råvaror, tillverkningsprocesser, hjälpmedel och rengöringsrutiner.

Karakteriseringsprocessen inleds vanligtvis med att man bestämmer flödena i de olika vattenströmmarna som tillsammans utgör det totala utflödet. För detta ändamål används direkta mätningar med flödesmätare, hydrauliska balansräkningar och historiska uppgifter om vattenförbrukningen.

Det är dessutom absolut nödvändigt att ha tillgång till information från branschen själv om processförbrukning, rengöringsvatten, kylkretsar, interna återcirkulationssystem, produktionsskift och eventuella säsongsvariationer.

Därefter utförs provtagningen av de olika avloppsströmmarna. Detta arbete kan utföras med hjälp av automatiska eller manuella system, varvid man alltid ska se till att de insamlade proverna är representativa för anläggningens faktiska driftsförhållanden. Under denna fas identifieras särskilt förorenade flöden, separerbara utsläpp samt möjliga alternativ för att minimera eller återanvända vattnet. I detta sammanhang bör det påpekas att den mest effektiva behandlingen alltid är den som i förväg lyckas minska volymen och föroreningsbelastningen hos det genererade utsläppet.

Slutligen är all kompletterande information om produktionsstörningar, särskilda rengöringar, tillfälliga utsläpp eller användning av specifika kemikalier av stor betydelse för att korrekt fastställa avloppsvattnets egenskaper och säkerställa en lämplig utformning av den framtida reningsanläggningen.

2. Provtagning

Provtagning är en avgörande del av processen för karakterisering av industriellt avloppsvatten, eftersom giltigheten och representativiteten hos de efterföljande analysresultaten i hög grad beror på detta. Ett prov som tagits eller bevarats på felaktigt sätt kan leda till felaktiga tolkningar av utsläppets beskaffenhet och därmed till olämpliga beslut vid utformningen av reningsprocessen.

Det finns olika provtagningsmetoder beroende på avloppsvattnets egenskaper och de mål som eftersträvas.

Automatiska provtagningssystem rekommenderas särskilt vid anläggningar med stora variationer i flöden eller föroreningar, eftersom de minimerar mänskliga fel och garanterar en högre statistisk tillförlitlighet hos de insamlade proverna. Under vissa omständigheter fortsätter man dock att ta prover manuellt, särskilt vid förstudier eller vid utsläppspunkter som är svåra att nå.

Punktprovtagning eller ögonblicksprovtagning innebär att man tar ett prov vid en viss tidpunkt och används vanligtvis när utsläppets egenskaper förblir relativt konstanta eller när man vill upptäcka en specifik händelse.

Eftersom många industriella utsläpp dock uppvisar stora variationer under arbetsdagen är det vanligare att använda sammansatt provtagning, där olika prover som tagits under en viss tidsperiod kombineras, vanligtvis i proportion till flödet.

Provtagning proportionell mot flödet ger en betydligt mer exakt bild av den faktiska utsläppsmängden, eftersom den sätter den insamlade provvolymen i relation till det aktuella flödet i avloppsvattnet. Detta system genomförs vanligtvis med hjälp av programmerbara automatiska anordningar som kan ta prover vid fastställda tidsintervall eller utifrån signaler från flödesmätare, nivåmätare eller fysikalisk-kemiska parametrar.

Provtagningen kompletteras vanligtvis med installation av särskilda provtagningsbrunnar, kyl- och konserveringsutrustning, flödesmätare samt inbyggda sensorer för parametrar som pH, konduktivitet, temperatur, grumlighet eller löst syre.

Det är av avgörande betydelse att välja rätt provtagningspunkt, och man bör undvika områden med sedimentering, överdriven turbulens eller ofullständig blandning som kan påverka provets representativitet.

3. Analyser av avloppsvatten

När representativa prover av avloppsvattnet har tagits genomförs de fysikalisk-kemiska och mikrobiologiska analyser som krävs för att fastställa avloppsvattnets sammansättning. Dessa analyser måste utföras på specialiserade och godkända laboratorier enligt standardiserade förfaranden och officiellt erkända metoder.

Korrekt förvaring av proverna är avgörande för att garantera tillförlitliga analysresultat. I allmänhet ska proverna förvaras kylda vid temperaturer nära 4 °C och placeras i lämpliga behållare som är ordentligt tillslutna och skyddade mot ljus. I vissa fall kan det vara nödvändigt att tillsätta kemiska konserveringsmedel, förutsatt att dessa inte påverkar de parametrar som ska analyseras.

Kontroll av spårbarhetskedjan är avgörande för att säkerställa fullständig spårbarhet av provet, från insamlingen till meddelandet av analysresultaten. För detta ändamål måste datum och tidpunkt för provtagningen, provtagningsplatsen, förvaringsförhållandena samt de personer som ansvarar för varje moment registreras på ett korrekt sätt.

De parametrar som kan analyseras i industriellt avloppsvatten är mycket varierande och beror på vilken typ av industriell verksamhet som bedrivs. Bland de vanligaste kan nämnas:

• Suspenderade fasta ämnen.
• Oljor och fetter.
• Kemisk syreförbrukning (KSB).
• Biologisk syreförbrukning (BOD5).
• Upplösta fasta ämnen,
• Total fosfor.
• Kjeldahl-kväve.
• Tvättmedel.
• Tungmetaller.
• Färg.
• pH.
• Ledningsförmåga.
• Temperatur.
• Inom vissa industrisektorer är det också nödvändigt att analysera specifika giftiga föreningar, kolväten, lösningsmedel, ytaktiva ämnen eller patogena mikroorganismer.

För att kunna utföra dessa analyser har laboratorierna tillgång till särskild utrustning, såsom pH-mätare, konduktivitetsmätare, turbiditetsmätare, spektrofotometrar, oximetrar, respirometrar, torkugnar och filtreringssystem.

I vissa fall används avancerade instrumentella metoder, såsom kromatografi eller spektrometri, för att bestämma förekomsten av specifika föroreningar i låga koncentrationer.

De erhållna analysresultaten utgör grunden för att fastställa den lämpligaste behandlingsmetoden och gör det möjligt att upprätta materialbalanser, uppskatta föroreningsbelastningar och fastställa förväntade reningsresultat.

4. Laboratorieundersökningar och tester

Utöver den konventionella analytiska karakteriseringen kräver utformningen av en anläggning för industriellt avloppsvattenrening att man genomför reningsbarhetsförsök i laboratorium. Syftet med dessa försök är att i liten skala återskapa de olika reningsprocesserna och utvärdera avloppsvattnets faktiska beteende vid olika reningstekniker.

Dessa tester gör det möjligt att:

• Fastställa förväntade resultat vid avlägsnande av föroreningar.
• Optimera doseringen av reagenser.
• Utvärdera avloppsvattnets biologiska nedbrytbarhet.
• Välja de tekniskt och ekonomiskt mest lämpliga teknikerna.

Bland de vanligaste försöken kan man nämna pH-bestämning samt koagulations- och flokuleringsförsök, som syftar till att fastställa de optimala förhållandena för separering av fasta ämnen och kolloidalt material. Inom denna grupp av försök är det så kallade ”Jar Test” ett viktigt verktyg för att välja ut de mest effektiva reagenserna och fastställa de lämpligaste doserna.

Dessutom genomförs sedimenterings- och DAF-flotationsförsök för att utvärdera förmågan att avskilja suspenderade fasta ämnen och fetter, samt biologisk nedbrytbarhetsprovning i syfte att fastställa om det är möjligt att tillämpa aeroba eller anaeroba biologiska reningsmetoder.

I de fall där avancerade reningsmetoder krävs genomförs även filtreringstester med granulat eller membran, liksom tester av avancerad oxidation och desinfektion med hjälp av kemiska oxidationsmedel eller ultraviolett strålning.

En annan viktig aspekt är hanteringen av det slam som uppstår under reningsprocessen. Därför genomförs specifika avvattningsförsök som gör det möjligt att välja lämpliga mekaniska torkningssystem (filterpress) och uppskatta den slutliga avfallsmängden.

Genom att genomföra pilotförsök, både i laboratoriet och direkt hos kunden, kan man verifiera de erhållna resultaten och med större precision anpassa reningsverkets slutgiltiga utformning.

5. Definition och beskrivning av lämplig process: behandlingslinje

När karakteriserings- och testfasen är avslutad går man vidare med att fastställa den lämpligaste reningsmetoden för det avloppsvatten som är föremål för studien. Detta beslut baseras på de erhållna analysresultaten och den tekniska erfarenhet som samlats in från liknande anläggningar.

Utformningen av behandlingslinjen beror på många faktorer, bland annat:

• Utsläppets art.
• Det flöde som ska behandlas.
• Variationer i föroreningsnivåerna.
• De begränsningar som gäller för det tillgängliga utrymmet.
• De kvalitetskrav som ställs för slututsläpp eller återanvändning av det renade vattnet.

I de flesta fall inleds behandlingen med ett förbehandlingssteg som syftar till att avlägsna grova fasta partiklar, sand, fett och andra flytande ämnen som kan störa de efterföljande stegen.

Därefter ansluts vanligtvis ett system för homogenisering och neutralisering som gör det möjligt att dämpa flödesvariationer och föroreningar, samt att justera pH-värdet till lämpliga nivåer inför efterföljande reningssteg.

Beroende på avloppsvattnets egenskaper kan det bli nödvändigt att tillämpa fysikalisk-kemiska reningsmetoder som bygger på koagulering, flockning, utfällning och flotation med upplöst luft (DAF), vilka är särskilt effektiva för att avlägsna suspenderade fasta ämnen, oljor, fetter och kolloidalt material.

När avloppsvattnet har en hög biologiskt nedbrytbar belastning används aeroba eller anaeroba biologiska processer för att minska halten av löst organiskt material. I vissa industriella tillämpningar kan avancerade biologiska reaktorer användas, såsom MBR-system, nitrifikations- och denitrifikationsprocesser, MBBR-processer eller avancerade oxidationstekniker.

Slutligen, när det ställs höga krav på kvaliteten på det renade vattnet, införs tertiär rening som består av filtrering, membran, aktivt kol eller desinfektion med ultraviolett strålning eller kemiska oxidationsmedel.

Den resulterande behandlingslinjen måste säkerställa att de fastställda utsläppsgränserna efterlevs, samtidigt som lämpliga kriterier för energieffektivitet, driftsflexibilitet och minimering av driftskostnaderna upprätthålls.

6. Dimensionering av utrustning för avloppsrening

När reningsprocessen har fastställts går man vidare till utformningen och dimensioneringen av den utrustning som ska ingå i reningsverket. Dimensioneringen baseras på uppmätta flöden, beräknade föroreningsbelastningar samt de resultat som erhållits vid laboratorie- och pilotförsök.

Den hydrauliska utformningen tar hänsyn till både genomsnittliga driftsflöden och förväntade maximala toppvärden, och fastställer de uppehållstider som krävs för varje enskild process. Samtidigt beaktar processutformningen föroreningsämnenas massbelastning, slamproduktionen samt behovet av reagenser, luft och energi.

I detta skede fastställs volymerna och dimensionerna för homogeniserings-, neutraliserings- och reaktionsbehållarna, samt lämpliga storlekar på utrustning för flotation, dekantering, biologiska reaktorer, filter och system för slamavvattning.

Dessutom väljs pumpgrupper, omrörningssystem, kompressorer, blåsmaskiner och utrustning för kemisk dosering ut, tillsammans med all nödvändig instrumentering för automatisk styrning av anläggningen, inklusive flödesmätare, pH-mätare, syremätare, redoxsensorer och övervakningssystem med hjälp av programmerbara logiska styrenheter.

Projektet omfattar dessutom utarbetandet av grundläggande och detaljerade tekniska ritningar, byggnadsritningar, hydraulik- och elscheman, ritningar för anläggningsarbeten samt programmering av automatiserings- och styrsystemen.

Hela utformningen måste ta hänsyn till eventuella säsongsvariationer i produktionen, anläggningens framtida flexibilitet samt optimering av drifts- och underhållskostnaderna, samtidigt som höga nivåer av tillförlitlighet och driftsäkerhet garanteras.

7. Slutsatser

Karakterisering och analys av industriellt avloppsvatten är ett viktigt steg i utvecklingen av alla projekt för avloppsrening. Genom att korrekt identifiera utsläppets egenskaper, i kombination med behandlingsbarhetsundersökningar och pilotförsök, går det att ta fram tekniska lösningar som är anpassade till varje branschs specifika behov.

De allt strängare miljökraven gör det nödvändigt att ha anläggningar som är allt mer effektiva och tillförlitliga, och som kan garantera att utsläppsgränserna efterlevs till rimliga driftskostnader och med hög hållbarhet.

I detta sammanhang är kombinationen av teknisk expertis, noggranna analyser och väl valda tekniker avgörande för att kunna utforma robusta och flexibla reningsanläggningar som är rustade att möta både dagens och framtidens krav inom hanteringen av industriellt avloppsvatten.

Litteraturlista och källor

UNE-EN 12255. Avloppsreningsverk. Tekniska föreskrifter för utformning och drift av avloppsreningsverk.

Ministeriet för ekologisk omställning och demografiska utmaningar. Inspektionsprotokoll för utsläpp av avloppsvatten. Spaniens regering.

Kungligt lagdekret 1/2016 av den 16 december, genom vilket den konsoliderade texten till lagen om integrerad förebyggande och kontroll av föroreningar antas.

Kungligt dekret 849/1986 av den 11 april, genom vilket förordningen om vattenresurser i allmänhetens ägo antas.

”Vilka regler gäller för industriellt avloppsvatten i Spanien?”. Teknisk dokumentation och branschspecifika föreskrifter om industriella utsläpp och miljöövervakning.

Metcalf & Eddy. Avloppsteknik: Rening och återvinning av resurser. McGraw-Hill Education.

Tchobanoglous, G.; Burton, F.; Stensel, H. Avloppsvattenkaraktärisering: Betydelsen av laboratorieanalyser vid utformningen av reningsverk. Tekniska referenser om karaktärisering och utformning av reningsverk.

APHA-AWWA-WEF. Standardmetoder för analys av vatten och avloppsvatten. American Public Health Association.

UNE-EN ISO 5667. Vattenkvalitet. Provtagning. Riktlinjer för provtagning och förvaring av avloppsvattenprover.