Avskiljning av suspenderade fasta ämnen från industriellt avloppsvatten

• 1. Vad är totalt suspenderat material (TSM)?
• 2. Förekomst av SST i industriellt avloppsvatten
• 3. Typer av suspenderade partiklar, identifiering och mätning
• 4. Metoder som används för separering och borttagning av totalt suspenderat fast material
• 5. Flotation med upplöst luft
• 6. Jämförelse mellan behandlingstekniker för separering av SST

1. Vad är totala suspenderade fasta ämnen?

Totala suspenderade fasta ämnen (TS) är ämnen som vanligtvis förekommer i vatten, både naturligt och industriellt.

Förekomsten av suspenderade fasta ämnen i avloppsvattnet orsakar stopp och slitage på de anläggningar genom vilka avloppsvattnet strömmar. När dessa ämnen är av organisk natur utgör de dessutom grogrund för jäsning och eventuella infektioner.

2. Förekomst av SST i industriellt avloppsvatten

Nedan anges några av de vanligaste typerna av totala suspenderade fasta ämnen som förekommer i avloppsvatten och vars förekomst beror på:

• Jordpartiklar, som kan bestå av lera, silt och sand som spolas ut i vattnet genom erosion, avrinning eller andra källor.
• Organiskt material, framför allt partiklar av ruttnande växt- och djurmaterial samt levande mikroorganismer som alger och bakterier.
• Flytande avfall som uppstår vid industriella processer. I dessa fall kan avloppsvattnet innehålla suspenderade fasta ämnen såsom kemikalier, oljor, metaller och andra material.
• Matavfall, vilket innefattar partiklar som uppstår vid bearbetning, tillagning och konsumtion av livsmedel.
• Avfall från människor och djur, såsom avföring, urin och andra kroppsvätskor.

3. Typer av suspenderade fasta ämnen, identifiering och mätning

Ur analytisk synvinkel är det viktigt att skilja mellan de olika typerna av fasta ämnen som förekommer i vattnet när man ska fastställa dess kvalitet:

Sedimenterbara fasta ämnen (MS): Dessa ämnen finns i vätskan och tenderar på grund av sin densitet att sedimentera och därmed separeras genom sin egen tyngd.  Sedimenterbara fasta ämnen mäts i mg/l eller ppm (delar per miljon) och kan separeras genom sedimentering (dekantering), minskning av skenbar densitet (flotation) eller filtrering i olika fysiska medier (sand, antracit, membran etc.).

Flyktiga fasta ämnen (SV). De flyktiga fasta ämnena avskiljs genom förbränning vid 550 °C. Det rör sig vanligtvis om organiskt material. De fasta ämnen som kvarstår i vattnet kallas för beständiga fasta ämnen.

Totalt upplöst fast ämne (TDS). Dessa fasta ämnen kan inte upptäckas i vätskan med enkla fysiska metoder, utan man använder sig istället av konduktivitet, som mäts i µS/cm (mikro-Siemens/cm), för att detektera dem. Den fysiska metoden för att mäta dem går ut på att värma vattnet till 105 °C och väga den kvarvarande substansen (torrvikt). Det mäts också i mg/l

Suspenderade fasta ämnen (TSS). Detta är de olösta fasta ämnen som hålls fint utspridda i vätskan och som inte sedimenterar på grund av sin elektriska laddning (kolloidalt material). De totala suspenderade fasta ämnena kan genomgå fysikalisk-kemiska destabiliseringsbehandlingar med koaguleringsmedel och agglutineras med flockningsmedel. Dessa behandlingar utförs som ett försteg till flotations- eller sedimenteringsprocesserna. När det rör sig om mikropartiklar kan de separeras genom filtrering. Deras koncentration mäts i mg/l (ppm).

4. Behandlingar som används för separering och borttagning av totala suspenderade fasta ämnen

De metoder som används för att avskilja suspenderade ämnen i avloppsvattnet beror på faktorer som:

• Typ av fasta ämnen
• Koncentration av fasta ämnen
• Förekomst, eller avsaknad, av andra typer av föroreningar
• Önskad reningsgrad
• Kundens behov och mål
• Gällande bestämmelser.

Det finns olika metoder för att avlägsna SST från avloppsvattnet:

Screening

Avloppsvattnet leds först genom ett filter eller ett galler för att avskilja större fasta partiklar. Dessa galler och filter har en maskorstorlek som varierar mellan flera centimeter och några millimeter (de vanligaste är minst 3 mm). Beroende på hur ofta de behöver rengöras och vilken typ av fasta partiklar som ska avskiljas finns det automatiska rengöringssystem att tillgå.

Ledningarna ska dimensioneras för flödeshastigheter > 0,3 m/s för att förhindra att fast material avsätts. Uppsamlingspunkter (tankar, brunnar m.m.) ska vara försedda med system för tömning och rensning.

Sedimentering

Avloppsvattnet hålls kvar i en utjämningsbehållare eller -bassäng under en viss tid, vilket gör att de tyngre partiklarna sjunker till botten, varifrån de kan avlägsnas.

Koagulering och flockning

Avloppsvattnet behandlas genom tillsats av kemikalier, såsom aluminiumsalter (sulfat, polychlorid etc.) eller järnsalter (klorid, sulfat…) för att bilda partikelkluster som kallas koagulerade partiklar, vilka sedan kan aggregeras till flockar genom tillsats av flockningspolymerer. Dessa flockar separeras därefter genom flotation, sedimentering eller filtrering.

Dekantering

Den traditionella behandlingen för avskiljning av suspenderade fasta ämnen består av en primär sedimentering, efter koagulering/flockning och pH-justering. Denna process utförs i behållare med konisk eller pyramidformad botten (minsta lutning på bottenväggarna = 45º), som dimensioneras för en stighastighet i storleksordningen 1^m3/m2/h och med uppehållstider på 3–4 timmar, vilket kräver stora ytor för att hantera höga flöden. Denna hastighet kan ökas upp till 3 gånger eller mer med system för accelererad sedimentering med återcirkulation av slam, eller med lamelldecantorer, som används för fasta ämnen med hög densitet, eftersom de erbjuder en hög ekvivalent sedimenteringsyta och en kort uppehållstid.

Det slam som bildas i en primärsedimenteringsbehållare har vanligtvis en koncentration på under 1 %, varför det måste koncentreras i en förtjockare, som höjer koncentrationen till 3–4 % torrsubstans. Denna process är nödvändig för att slamtorksystemen ska kunna matas på rätt sätt.                     

När flödena är stora och därmed även sedimenteringsytorna är stora, installeras flera sedimenteringskärl parallellt och lutningen minskas genom att man placerar en radiell eller diametral bro som är försedd med bottenskrapor som främjar förtjockningseffekten, samt en yta för att leda slammet till ett centralt utlopp i sedimenteringskärlet.

Flyt

Denna teknik gör det möjligt att separera fasta ämnen som har lägre densitet än vatten genom att låta dem stiga upp till ytan i behållare med en viss uppehållstid och stighastighet.

Med hjälp av flotationstekniker kan man tillföra kaviterad luft (CAF) eller luft som först trycksätts och sedan avtrycks (DAF) i avloppsvattnet, vilket gör att de mikrobubblor som bildas fäster vid de fasta partiklarna och ger dem en skenbar densitet som är lägre än vätskans, vilket möjliggör separering genom flotation.

Detta system är mycket effektivt för en rad olika typer av avfall och tenderar att ersätta sedimentering.

Biologisk behandling

Mikroorganismerna bryter ned det biologiskt nedbrytbara organiska materialet i avloppsvattnet, vilket kan bidra till att avlägsna suspenderade fasta ämnen. Man måste beakta att det även uppstår bioflokkulering och bildning av aktiva slamklumpar vid aerob behandling, eller så kallade”pellets”vid anaerob behandling

Filtrering enkel

I de mest krävande fallen, eller när man vill återvinna en del av det renade avloppsvattnet, används vanligtvis ett filtreringssystem som utgör den tertiära reningen. I dessa system leds avloppsvattnet genom ett filtermedium, såsom sand, grus eller ett membran, som avskiljer små partiklar.

Membranfiltrering

I detta kapitel förtjänar följande särskilt omnämnande behandlingarnaaMBR-behandlingarna (Membrane Bio Reactor), som gör det möjligt att upprätthålla höga biomassabelastningar i den aeroba biologiska reaktorn.

Den filtreringsgrad som uppnås med denna process är jämförbar med den vid mikrofiltrering (MF) eller ultrafiltrering (UF), där makromolekyler och partiklar avskiljs.

I följande diagram visas filtreringsnivåerna för varje teknik samt de olika renhetsnivåer som kan uppnås.

För att separera fasta ämnen från avloppsvatten som är komplexa vad gäller sammansättning, temperatur, surhetsgrad etc. (uttjänta lösningar från metallindustrin, färgämnen, pigment, högdensitetsoljor, borrvätskor etc.) används tangentiella filtreringsmembran tillverkade av tåliga material som grafit eller keramik. I dessa fall behandlas små volymer av avloppsvatten, men som är mycket belastade och aggressiva, vilka filtreras genom cirkulation i slingor med hög hastighet, med ett komplext tvättsystem som eliminerar de material som cykliskt täpper till membranen.

5. Flotation med upplöst luft

En teknik som förtjänar att lyftas fram är flotation med upplöst luft (DAF), som används för att behandla avloppsvatten med hög halt av organiskt material eller lätta fasta ämnen. Processen går ut på att få de suspenderade fasta ämnena att flyta upp, efter att de har koagulerats och flockulerats, genom att blåsa in luft i form av mikrobubblor som fäster vid flockulerna och får dem att flyta upp när de förlorar sin skenbara densitet.

Konstruktionen är vanligtvis cirkulär eller rektangulär, och de är utrustade med botten- och ytskrapor. Konstruktionshastigheterna är betydligt högre än hos dekanterare, och det avskiljda slammet når lätt en koncentration på 4–5 % utan att någon mellanliggande förtjockare behövs.

DAF-system är en mycket effektiv teknik för att avskilja suspenderade fasta ämnen från avloppsvatten, vilket gör dem till en av de vanligaste teknikerna vid avloppsreningsverk, både inom industrin och i kommunala sammanhang.

En process för avskiljning av totala suspenderade fasta ämnen genom flotation med upplöst luft genomförs i fem steg:

• Först genomförs en koaguleringsprocess, som går ut på att tillsätta kemikalier som aluminiumsulfat eller järnklorid i avloppsvattnet för att bryta ned de suspenderade fasta partiklarna och få dem att fällas ut
• Nästa steg är en flockningsprocess där polyelektrolyterna aggregerar de destabiliserade fasta ämnena och bildar större partiklar som kallas flockar.
• Flotation med upplöst luft sker i ett DAF-system, där avloppsvattnet leds in i en tank där luft under tryck löses upp. Luftbubblorna fäster sig vid flockarna och får dem att stiga upp till ytan.
• Skumning är nästa steg. Under denna process avlägsnas vattnets ytskikt, som innehåller flytande fasta ämnen, med hjälp av en anordning som består av ett ytskärningssystem, vilket innebär att den mängd vatten som avlägsnas är betydligt mindre än den som samlas upp i ett dekanteringssystem.
• DAF-systemen är särskilt effektiva när det gäller att avskilja de totala suspenderade fasta ämnena i avloppsvatten som är svåra att behandla med andra metoder, till exempel olje- eller fetthaltigt avloppsvatten eller avloppsvatten som innehåller mycket fina partiklar.

Flotation med upplöst luft erbjuder hög prestanda och effektivitet vid rening av industriellt och kommunalt avloppsvatten tack vare följande fördelar:

6. Jämförelse mellan behandlingstekniker för separering av SST

Vi presenterar denna översiktstabell för att möjliggöra en jämförelse mellan de olika behandlingarna som nämns:

Teknik	Användning	Bebodd yta	SST-separation (%)	Snitt (µm)	Koncentration, slam (%)	Underhållskostnad.
Screening	Grova fasta ämnen	AVREGISTRERING	–	3–100 mm	Fasta ämnen	BAS
Fördepot	Fysikalisk-kemisk behandling	REGISTRERING	80–90	<200	0,5 – 1	BAS
Sekundär dekantering	Biologisk behandling	REGISTRERING	80–90	<200	0,5 – 1	BAS
Lamellseparation	Fysikalisk-kemisk behandling	MEDIA	75–85	<200	0,5 – 1	BAS
DAF-flottör	Avsnitt 1 och 2	MEDEL/LÅG	>90	100–200	3 – 5	BAS
Enkel filtrering	Efter dekantering/flotation	MEDEL/LÅG	>90	<50	<0,5	MEDEL
MBR	Biologisk sekundär	AVREGISTRERING	>95	<5	0,5 – 1	MEDEL/HÖG
Mikrofiltrering	Partikelfiltrering	AVREGISTRERING	>98	<1	<1	MEDEL/HÖG
Ultrafiltrering	Makromolekylär filtrering	AVREGISTRERING	>99	<0,1	<0,1	MEDEL/HÖG
Tangentiell filtrering	Komplexa avloppsvatten	MEDEL/LÅG	>95	<1	0,1–1	STOPP