Mekanisk torkning av slam: en jämförelse av tillgängliga tekniker

• 1. Bildning av slam i reningsverk
• 2. Mekanisk torkning av slam
• 3 .Tekniker för mekanisk torkning av slam
• 3.1. Centrifugering
• 3.2. Bandpassfilter
• 3.3 Pressfilter
• 3.4. Skruvpressar
• 4. Slutsats

1. Bildning av slam i reningsverk

Avloppsvatten, både från industri och från kommunala utsläpp, innehåller vanligtvis höga halter av suspenderade fasta ämnen som följer med utsläppen. Dessa ämnen uppstår antingen genom kemiska reaktioner (utfällningar) eller bildas vid biologisk rening (överskottsslam) till följd av nedbrytningen av det organiska materialet (BOD) som finns i vattnet.     

Förbehandling

Förbehandlingen av avloppsvatten omfattar enkla silar och galler för att avskilja större fasta partiklar. Dessa grundläggande processer gör det möjligt att:

• Undanröja problem med igensättning i kretslopp eller pumpgrupper och, i vissa fall, återvinna råvaror eller produktrester från tvättprocesser och läckage.
• Minskning av mängden biologiskt nedbrytbart material, vilket – genom att det sorteras bort redan i början av processen – gör det möjligt att förenkla och minska storleken på samt driftskostnaderna för de efterföljande stegen i avloppsreningsverket.

Primärslam

Små suspenderade fasta partiklar, även i kolloidal form, som passerar förbi förbehandlingssystemen måste avskiljas för att optimera de efterföljande reningsstegen.

De vanligaste processerna i detta skede är:

• Fysikalisk-kemisk behandling med lämpliga kemikalier (neutralisering, koagulering/flockning)
• Separationstekniker genom klarning, bland vilka särskilt dekantering och flotation med upplöst luft kan nämnas, varav den senare är den mest effektiva eftersom den avsevärt minskar volymen på det avskilda slammet och separerar en mycket större mängd fasta ämnen, oljor och fetter än vad som uppnås vid en enkel sedimentering.

Primärslam är vanligtvis tjockare och lättare att torka än sekundärslam.

Sekundära slam

Sekundärslam uppstår under nedbrytningen av organiskt material genom aeroba eller anaeroba biologiska reningsprocesser. De bakterier som används i en biologisk reaktor genomgår sin livscykel i ett medium (blandat vätskeflöde) som hålls under lämpliga förhållanden för deras överlevnad (koncentration,_syre, temperatur) inuti de biologiska reaktorerna. Resultatet är renat vatten och bakteriemassor, varav en del avlägsnas i form av överskottsslam, som extraheras genom klarning (DAF-system) för borttransport.

Behandling av avskiljt slam

Beroende på slamsets slutdestination koncentreras det för att underlätta vidare hantering och transport.

När slammet innehåller suspenderade fasta ämnen med kommersiellt värde rekommenderas det att man torkar det till en hög torrsubstanshalt genom värmebehandlingar som kan uppnå mycket höga torrhetsgrader (≥ 90 %). Samma process kan tillämpas på starkt förorenat slam, vars volym måste minskas till ett minimum innan det transporteras till specialdeponier, där hanteringskostnaderna är betydligt högre.

Största delen av slammet från avloppsvattnet transporteras till vanliga deponier, där slammet sorteras utifrån kriterier som sammansättning, stabilitet och koncentration (≥30 % torrsubstans). I dessa fall är mekanisk torkning av slam det mest effektiva alternativet.

2. Mekanisk torkning av slam

Mekanisk torkning är en fysikalisk process där det fria vattnet och en del av det bundna vattnet avskiljs från slammet med hjälp av mekaniska metoder.

De vanligaste anläggningarna för avloppsrening är:

• Centrifugala dekanterare
• Bandfilter
• Pressfilter
• Skruvpressar

Det är robusta och lättanvända enheter med måttlig energiförbrukning.

Med dessa system kan man uppnå torrsubstanshalter på mellan 18 % och 40 %, beroende på slamtyp, dess kemiska sammansättning och den teknik som används.

Det slam som ska behandlas måste ha en torrsubstanshalt på minst 3–5 % för att kunna hanteras genom mekanisk torkning. Flotation med upplöst luft (DAF) uppnår vanligtvis dessa värden, vilket gör att man kan undvika förkoncentrationsprocesser som slamförtjockare.

Kemisk behandling

För att maximera effektiviteten vid den mekaniska torkningen behandlas slammet först med koagulerings- och flockningsmedel. Denna behandling underlättar utsöndringen av interstitiellt vatten och ökar anläggningens kapacitet, samtidigt som den minskar det mekaniska slitaget och energiförbrukningen.

Ett korrekt val av dessa reagenser och deras dosering är en avgörande faktor både för kvaliteten på det torkade slammet och för driftskostnaderna (OPEX).

De viktigaste reagenserna som används är följande:

• Flockningsmedel ( de vanligaste). Man använder organiska polymerer som kan vara katjoniska, anjoniska eller nonjoniska.
• Koaguleringsmedel ( _FeCl₃,_Al₂(_SO₄)_₃, PAC och_FeSO₄) neutraliserar polariteten och förbättrar flokuleringsmedlens verkan.
• Kalk (CaO eller Ca(OH)_₂). Det bidrar till att öka slammet koncentration och filtrerbarhet samt stabiliserar det, men nackdelarna är att det ökar mängden slam och har en slipande verkan.
• Specialmaterial. Till exempel cellulosa, kiselalger och perlit. Dessa typer är avsedda för den kemiska industrin.                      

Tekniska och ekonomiska fördelar

Ur teknisk synvinkel erbjuder mekanisk torkning av slam många fördelar, såsom volymminskning till nivåer som är tillåtna för deponering eller för återanvändning i kompostering. Kostnaderna för transport, hantering och energi är vanligtvis måttliga.

Vanliga användningsområden

Mekanisk torkning kan användas vid:

• Reningsverk för kommunalt avloppsvatten: behandling av biologiskt, fysikalisk-kemiskt eller kombinerat slam.
• Industriellt avloppsvatten:                                                                                         
  • Kemisk och farmaceutisk industri.
  • Livsmedelsindustrin (slakterier, mejerier, konservfabriker) och dryckesindustrin.
  • Gruvdrift.
  • Keramikindustrin
  • Pappersindustrin.
  • Anläggningar som förbereder slammet för energiåtervinning, kompostering eller deponering.
  • Andra verksamheter såsom garverier, industriella tvätterier, marmorsågverk m.m.

TYPISK SLAMFLÖDESKURVA FÖR ETT RENINGSVERK

Mekanisk slamtorkning är en effektiv, hållbar och ekonomiskt konkurrenskraftig process. Genom att genomföra den på rätt sätt kan man uppfylla miljökraven och avsevärt förbättra anläggningens totala lönsamhet.

3. Tekniker för mekanisk torkning av slam

Mekanisk torkning av slam omfattar en rad tekniker för separation av fasta ämnen och vätska, vars syfte är att minska vattenhalten i slammet genom mekaniska metoder. Valet av den lämpligaste processen beror på slamets beskaffenhet, de flöden som ska behandlas, den önskade torkningsgraden samt investerings- och driftskostnaderna.

3.1 Centrifugering

Centrifugering är en process som bygger på separering av fasta och flytande faser genom centrifugalkraft, vilken alstras av en roterande trumma som snurrar med hög hastighet (4 000–6 000 varv per minut). Det är en kontinuerlig process där slammet, som tidigare har behandlats med polymer, matas in i centrifugens behållare, varvid det fasta materialet separeras i den centrala zonen på grund av skillnaden i densitet.

Vanliga användningsområden

• Kommunala reningsverk med kontinuerlig drift.
• Anläggningar med variationer i flöde och belastning.                       
• Anläggningar med hög automatiseringsgrad.

Fördelar

• Kompakt design
• Hög driftsäkerhet
• Enkel integration med befintliga produktionslinjer

Nackdelar

• Låg torrsubstanshalt i slammet (20–28 % torrsubstans)
• Mekaniskt slitage
• Buller (≥80 dB(A))
• Hög energiförbrukning (20–40 kWh/t torrvikt)

3.2. Bandpassfilter

En teknik för kontinuerlig drift där slammet pressas mellan filterdukar som spänns upp av en central pneumatisk kompressorenhet. Dessa filterdukar rör sig framåt och pressar slammet mellan valsar som driver det framåt samtidigt som det avvattnas genom dränering.

Förbehandlingen av slammet sker med hjälp av särskilda flockningsmedel, framför allt polyelektrolyter.

Vanliga användningsområden

• Stora flöden i kommunala reningsverk
• Stabiliserat biologiskt slam
• Låga krav på koncentrationen av den avvattnade slammet

Fördelar

• Robust och beprövad teknik
• Energiförbrukning (5–10 kWh/t torrvikt) och måttliga underhållskostnader
• Godkända installationskostnader (CAPEX)

Nackdelar

• Låg torrsubstanshalt i slammet (18–25 % torrsubstans)
• Stor vattenförbrukning vid tvätt av textilier
• Grumliga filtrat
• Obehagliga lukter
• Känslig för tillfälliga obalanser i slambehandlingen
• Stort utrymme upptaget

3.3 Pressfilter

Uttorkningen sker genom högtrycksfiltrering i slutna kammare, som består av plattor med filterdukar. Processen är diskontinuerlig och ger en mycket hög torkningsgrad. Den vanligaste typen av filterpress är platt- och ramfilterpressen samt membranfilterpressen.                                                 

Förbehandlingen av slammet sker genom kontrollerad tillsats av koaguleringsmedel, flockningsmedel och ofta även kalk, eftersom man utnyttjar dess stabilitet och hållbarhet för att öka koncentrationen och konsistensen hos de avvattnade kakorna.

Vanliga användningsområden

• Industriellt slam
• Lera som är motståndskraftig mot uttorkning
• Målet är att minska slamvolymen så mycket som möjligt

Fördelar

• Mycket låg slutfuktighet (35–40 % torrsubstans)
• Litet utrymsebehov
• Utmärkt filtreringsresultat
• Måttlig energiförbrukning (3–8 kWh/t torrvikt)

Nackdelar

• Intermittent drift
• Det kräver övervakning och underhåll, även om det går att automatisera
• Höga installationskostnader (CAPEX)
• Tygerna behöver tvättas
• Risk på grund av högt tryck

3.4. Skruvpressar

En kontinuerlig process där slammet pressas samman stegvis med hjälp av en skruv som är placerad i en filtertrumma. Trycket ökar gradvis, vilket möjliggör en kontinuerlig och kontrollerad separering. För att förbehandla slammet används vanligtvis flockningsmedel.

Vanliga användningsområden

• Biologiska och blandade slam.
• Små och medelstora slamproduktionsanläggningar.
• Särskilda industriella tillämpningar
• Förfiltrering

Fördelar

• Enkel och stabil drift.
• Låg energiförbrukning (3–6 kWh/t torrvikt)
• Enkelt underhåll
• Låg bullernivå
• Lägre installationskostnad
• Mindre utrymmesbehov

Nackdelar

• Låg torrhalt i slammet (18–25 % torrsubstans)
• Slitage på ringar och skruv
• Kontinuerlig tvätt (vattenförbrukning)
• Problem med fett och fibrer

  Jämförelse av mekaniska metoder för slamtorkning

Teknik	% MS	Investeringar	OPEX	huvuddifferential
Centrifug	20–28	Medel/Hög	Medel/Hög	Kontinuerlig drift, flexibilitet och automatisering
Bandpassfilter	18–25	Medel	Medel	Kontinuerlig drift, stora flöden
Filterpress	30–40	Högt	Låg/Medel	Intermittiv drift, maximal torrhet
Skruvpress	18–25	Medel/Låg	Bas	Kontinuerlig drift, låg energiförbrukning och enkelhet

3. Slutsats

Vid avloppsrening uppstår slam som måste omvandlas till fast och stabilt avfall för att kunna hanteras och kasseras. Myndigheterna reglerar deponeringen av detta avfall utifrån dess sammansättning och torrhetsgrad.

Avloppsreningsverk är ofta utrustade med system för slamtorkning för att uppfylla dessa krav. Vissa industrier väljer, istället för att installera sådana anläggningar, att skicka sina flytande avfall till externa avfallshanterare, vilket visserligen inte medför några installations- eller underhållskostnader, men däremot innebär högre kostnader per ton behandlat slam.

Mekaniska slamtorkningsprocesser erbjuder lösningar som kan anpassas till varje driftssituation, från kommunala reningsverk till komplexa industriella tillämpningar. Genom att välja rätt teknik kan man optimera balansen mellan investeringar, driftskostnader, uppnådd torrhalt och slamets slutdestination, vilket utgör ett avgörande steg i en effektiv och hållbar slamhantering.

Litteraturförteckning och källor.

Behandling och rening av avloppsvatten (Metcalf – Eddy). Utgiven av Labor

Filterpressar med sidotransport för avvattning av slam

68 Uttorkning av slam | PDF | Filtrering | Vatten