Avlägsnande av alger och totalt organiskt kol i avsaltningsanläggningar

• 1. Inledning
• 2. Förbehandling av havsvatten med alger och totalt organiskt kol (TOC)
• 3. Rening av avloppsvatten med hög halt av fosfor och TOC med hjälp av DAF och MBR
• 4. Sammanfattning

1. Spridning av skadliga alger och förekomst av totalt organiskt kol (TOC)

Vissa miljöförhållanden, såsom varmt väder, främjar algtillväxt i ytvatten.

I andra fall beror algblomningen på bristfällig hantering av avloppsvatten som släpps ut i naturen. Alger växer i närvaro av näringsämnen (kväve och fosfor) och vid lämpliga nivåer av ljus, pH och temperatur. När fosforkoncentrationen i en vattenmassa ökar, ökar också algernas tillväxt.

Att begränsa spridningen av skadliga alger är en viktig miljöutmaning. Det är absolut nödvändigt att minska fosforkoncentrationen, eftersom detta är den främsta orsaken till problemet. Dessutom måste åtgärder vidtas för att eliminera växande algerkolonier.

Det finns kemiska tillsatser som kan spridas i vattnet för att förhindra algtillväxt, men detta tar inte bort den flytande gröna mattan av fasta partiklar. Det är effektivare att ta bort dem fysiskt och minska fosforkoncentrationen i vattnet. En metod som ger goda resultat för att stoppa algblomningar är flotation genom upplöst luft (DAF).

Totalt organiskt kol (TOC) är ett direkt mått på det organiska kolet i ett vattenprov, vilket omfattar både löst organiskt material och suspenderade partiklar. Till skillnad från BOD och COD gör TOC ingen åtskillnad mellan biologiskt nedbrytbart och icke-biologiskt nedbrytbart organiskt material, utan mäter helt enkelt den totala mängden organiskt kol i ett prov.

2. Förbehandling av havsvatten i avsaltningsanläggningar

Vid avsaltning av havsvatten krävs en lämplig förbehandling, eftersom man måste förhindra att alger, TOC, kolväten, oljor och fetter tränger in i avsaltningsmembranen.

De membransystem som används för avsaltning av havsvatten är känsliga för föroreningar och igensättning som orsakas av dessa föroreningar, eftersom de minskar systemens livslängd och prestanda. För att undvika dessa problem måste havsvattnet genomgå en förbehandling innan det leds in i omvänd osmosanläggningen.

Desinfektion, mekanisk filtrering och pH-justering

Desinfektion genom oxidation används för att förhindra biologisk tillväxt som leder till att filter och membran täpps igen. På grund av sin låga kostnad och effektivitet är klor det vanligaste oxidationsmedlet, men det krävs en efterföljande avkloringsprocess för att undvika förekomst av restklor i vattenströmmen, eftersom detta oxidationsmedel angriper membranens struktur. Å andra sidan måste man beakta att reaktionsprodukterna (kloraminer, trihalometaner etc.) är giftiga i vissa koncentrationer.

Silarprocessen går ut på att placera ett nät eller ett galler i inloppsledningen för havsvatten. Växter och annat skräp fastnar i gallren och avlägsnas med hjälp av en skrapa eller liknande redskap.

Havsvattnets pH-värde är vanligtvis alkaliskt, men omvänd osmosmembranens prestanda är bäst vid låga pH-värden. Det är absolut nödvändigt att hålla vattnets pH-värde mellan 5,5 och 6,0, vilket uppnås genom tillsats av ett syrabildande reagens som förhindrar saltutfällning och som också underlättar bildandet av flockar. Att justera pH-värdet är fördelaktigt både för att eliminera alger och för att eliminera totalt organiskt kol.

Det rekommenderas inte att arbeta vid ett pH-värde under 5,5, eftersom cellerna då bryts ned och frigör intracellulära ämnen som kan fastna i membranen eller till och med läcka ut med permeatet.

Koagulering och flockning

Huvudsyftet med koagulerings- och flockningsprocessen är att avlägsna grumlighet och suspenderade fasta ämnen. Under denna process tillsätts ett koaguleringsmedel i vattnet för att neutralisera polariteten hos de elektriskt laddade partiklarna (kolloider). Vilken typ av koaguleringsmedel som ska användas och den optimala mängden fastställs genom att man utför ett jar-test på vattnet. De vanligaste koaguleringsmedlen är aluminiumföreningar, järnsalter (järnsulfat, järnklorid) och aluminiumsalter (PAC och aluminiumsulfat).

Algcellerna måste brytas ned fullständigt för att reningsprocessen ska uppnå maximal effektivitet. Detta uppnås genom rätt dosering av koagulerings- och flockningsmedel, i kombination med en pH-justering som är optimal för den dos av koaguleringsmedel som har tillförts.

Flotation med upplöst luft (DAF)

Under flotationssteget flyter partiklar, algceller, oljor och fetter upp till ytan och avlägsnas. Även de flockar som bildats under koagulations- och flockningssteget avlägsnas.

DAF-utrustning har blivit allt populärare inom avsaltningsprocesser för produktion av dricksvatten, eftersom den minskar utrymmesbehovet och sänker drifts- och underhållskostnaderna, samtidigt som reningsresultaten förbättras.

På SIGMADAF har vi utvecklat specialanpassade DAF-anläggningar för denna tillämpning (SEADAF), som kombinerar principerna för flotation och sedimentering med upplöst luft med en optimerad anläggningskonstruktion.         

De material som används vid tillverkningen av denna utrustning måste tåla den kraftiga korrosionen från saltet i havsvattnet (främst NaCl), varför man vanligtvis använder polypropen för tillverkningen av tanken och beläggningarna, samt rostfritt stål av typen AISI 316L för de metalliska delarna. Dessa material garanterar en lång livslängd för dessa DAF-system.

Effektiviteten vid algavskiljning med ett system som omfattar koagulering-flockning, pH-justering, DAF-system och gravitationsfiltrering överstiger 99 %. Om ett system med ultrafiltreringsmembran (UF) används som komplement, närmar sig effektiviteten 100 %.

3. Rening av vatten med hög halt av fosfor och totalt organiskt kol med hjälp av DAF och MBR

Som vi nämnde i början av artikeln är det viktigt att undvika utsläpp av fosfor i miljön, eftersom detta bidrar till okontrollerad tillväxt av algkolonier.

Det är vanligt att avloppsvatten har ett högt fosforinnehåll, antingen i kolloidal form eller i lösning, samt en hög koncentration av TOC. Detta förekommer ofta i kommunalt avloppsvatten och i vatten från jordbruksverksamhet.

För att rena avloppsvattnet på rätt sätt krävs en koagulerings-/flockuleringsprocess med pH-justering och tillsats av Ca(OH)_₂ om det fortfarande finns fosfor i lösning.

Det förbehandlade avloppsvattnet leds vidare till en sekundär rening, som består av ett system för biologisk oxidation med luft samt avskiljning av slam och suspenderade fasta ämnen.

Membranbioreaktorer (MBR) är mycket effektiva för rening av små till medelstora flöden med höga TOC-koncentrationer. En MBR-reaktor består av en aerob bioreaktor med luftningsutrustning och en uppsättning ultrafiltreringsmembran (UF) där biomassan separeras och återcirkuleras.

Eftersom biomassan helt och hållet hålls kvar i membranet och återförs till reaktorn uppnås mycket höga koncentrationer inuti reaktorn (fem gånger högre än i konventionella system).

Dessa resultat uppnås tack vare korta uppehållstider, en enastående nedbrytningsförmåga, minimalt utrymmesbehov och en utmärkt kvalitet på det renade utflödet.

En annan fördel med den högre biomassakoncentrationen är möjligheten att dämpa effekterna av föroreningsbelastningen utan att skada anläggningen. Korta fluktuationer på upp till 10 g/l BOD vid reaktorns inlopp påverkar knappt processen. Tack vare denna buffertkapacitet garanteras en jämn kvalitet på det renade utflödet.

I ett MBR-system är det möjligt att uppnå en syresättningshastighet på 200 mg O₂/l/h, vilket är ett betydligt högre värde än det som uppnås i konventionella reaktorer. Genom att mikroorganismerna hålls i total suspension (utan bildning av flockar) uppnås en stor yta som gör att syret som strömmar i mediet kan absorberas av mikroorganismerna direkt via den kortaste vägen. Detta underlättar för bakterierna att uppnå en hög ämnesomsättning.

Blandningen av reaktorvolymen sker i luftningssystemet med hjälp av finbubbel-diffusorer. I detta skede är det särskilt viktigt att det bildas små bubblor som blandas med hela volymen.

I ett system med nedsänkta membran sker cirkulationen av reaktorvolymen kontinuerligt genom ultrafiltreringsmembrankammaren, som är ansluten till luftningsreaktorn. I denna kammare förs UF-membranen in direkt i biomassan, eller placeras på utsidan i lämpliga behållare med mellanliggande pumpning. Det vanligaste alternativet är membranpaket nedsänkta i en behållare.

MBR-system är en vidareutvecklad version av systemen med aktivslam, eftersom de kombinerar den biologiska nedbrytningsprocessen med separering av fasta ämnen och vätska genom membranfiltrering. MBR-system är en av de mest effektiva teknikerna för rening av avloppsvatten med höga halter av fosfor och TOC. 

4. Sammanfattning

Överskott av näringsämnen (framför allt fosfor) och organiskt kol (TOC) i vissa typer av avloppsvatten eller havsvatten kan orsaka allvarliga miljöproblem, eftersom det leder till eutrofiering i avloppsvattnet – vilket i sin tur orsakar syrebrist och död bland vattenlevande djur och växter – samt igensättning av membranen i omvänd osmosanläggningar när det gäller avsaltningsanläggningar.

I denna artikel föreslås reningslösningar som utnyttjar den teknik och utrustning som SIGMADAF förfogar över (DAF / SEADAF / SMBR), och som har visat sig vara mycket effektiva när det gäller att hantera dessa problematiska föroreningar.

Dessa tekniker har följande syften:

• Minskade kostnader för energi, arbetskraft, reagenser och utrustning.
• Hög reningskapacitet
• Tar liten plats
• Enkel drift och underhåll
• Minskade kostnader för energi, arbetskraft, reagenser och utrustning.

Litteraturlista och källor

https://www.frcsystems.com/es/algae-removal-using-dissolved-air-flotation-daf/

https://sigmadafclarifiers.com/aplicaciones-daf/