Pressfilter för mekanisk avvattning av slam

• 1. Uttorkning av slam
• 2. Beskrivning av filterpressen
• 3. Dimensionering av ett pressfilter för avvattning av slam
• 4. Hur ett pressfilter fungerar
• 5. Olika typer av filterpressar
• 6. Kombinationen DAF och filterpress vid avloppsrening
• 7. Slutsats

1. Uttorkning av slam

Ett gemensamt mål för de flesta avloppsreningsverk är att så långt som möjligt minska mängden slam som uppstår, både i den primära och den sekundära reningen.

Avvattning av slam kan ske genom mekaniska eller termiska processer, där de mekaniska metoderna är ett betydligt mer kostnadseffektivt alternativ. Här följer de viktigaste teknikerna för mekanisk avvattning av slam:

• Centrifugala dekanterare.
• Bandfilter.
• Skruvpressar.
• Pressfilter.

Pressfilter är den teknik som ger den högsta avvattningsgraden och som dessutom har lägre energi- och kemikaliekostnader.

Torkningsprocess	% torrhalt i slam	Energiförbrukning	Förbrukning av reagenser
Centrifugdekanter	18–23	Mycket högt	Mycket högt
Bandpassfilter	18–22	Bas	Mycket högt
Skruvpress	22–26	Bas	Mycket högt
Filterpress	25–50	Mycket låg	Bas

Som vi nämnde tidigare, pressen press är den teknik som ger den högsta torrhalten i slammet, men till skillnad från de andra systemen har de en diskontinuerlig drift.

Pressfilter används inom olika industriella verksamheter, och i många fall kan det uttorkade slammet som erhålls säljas vidare, vilket är fallet i följande exempel:

• Keramikindustrin: Används inom keramikindustrin för att förbättra egenskaperna hos porslin, lergods, marmor, kvarts och pigment.          
• Gruvindustrin: Inom gruvindustrin används filterpressen för att avvattna slam från kol och andra mineraler, vilket resulterar i torra fasta ämnen med hög renhetsgrad. Den används som en del av processen för utvinning av metaller, såsom järn, bly, koppar, zink, guld etc.
• Livsmedelsindustrin: Inom denna bransch används den för att rena och förbättra kvaliteten på bland annat sirap, sockersirap, öl, vin, jäst och socker.
• Läkemedelsindustrin: Inom läkemedelsindustrin är det vanligt att använda filterpressar för att separera vätskor, varav blodserum är den viktigaste av alla, eftersom det fungerar som råvara för framställningen av olika läkemedel.
• Kemi: Inom den kemiska industrin används denna typ av filter för att koncentrera produkter och separera avfall.

2. Vad är en filterpress?

En filterpress är en maskin som är monterad på ett stativ och som rymmer en uppsättning kammare med filterdukar inuti. Slammet pumpas in med hjälp av en pump, vanligtvis av pneumatisk typ, för att undvika driftsproblem som kan uppstå på grund av den stora mängden fasta ämnen i vätskan som ska filtreras.

En filterpress består av:

Pressfiltrets ram

Det är den konstruktion som bildar och bär upp hela filterpressen.

Filterkammaren

Kammare, som är konkava och placerade mittemot varandra, är de utrymmen som finns mellan filterplattorna. De fungerar som en form för det slam som bildas inuti dem. Plattkonstruktionen hålls stängd och tät vid höga tryck tack vare en elektrohydraulisk enhet som använder en central kolv för att pressa ihop kammarpaketet.

Plattorna kan ha olika mått. De vanligaste måtten sträcker sig från 80 x 80 cm till 250 x 250 cm. Materialet består oftast av plast, till exempel polypropen.

Pressfilter arbetar vanligtvis vid tryck på omkring 6 bar, men det finns även högtrycksanläggningar på upp till 16 bar, och till och med högre, vars syfte är att uppnå största möjliga avvattning. Antalet kamrar beror på den slamvolym som ska hanteras vid varje torkningsomgång och ligger vanligtvis mellan 12 och 50.

För att beräkna antalet kameror som behövs räcker det att dela mängden slam som ska avvattnas med volymen i en kamera, med hänsyn tagen till slamets densitet och den koncentration som kan uppnås med filtret. Detta koncentrationsvärde fastställs genom laboratorietester och varierar beroende på slamsort.

Tyg eller filtermedia

Dessa tyger tillverkas vanligtvis av plastmaterial (PP, polyester, polyamid osv.). De släpper igenom vätska och fungerar som filter som fångar upp suspenderade partiklar.

Slamkoncentrationen ökar med stigande tryck, upp till den konstruktionsgräns som fastställts i laboratoriet.

Samlingsrör

En uppsamlare är en del av filtreringssystemet som används för att separera fasta ämnen från vätskor under filtreringsprocessen. I samband med en filterpress kan samlaren specifikt avse det system eller de komponenter som samlar upp filtratet (den vätska som har passerat genom filtermediet) efter att suspensionen (blandningen av fasta ämnen och vätska) har pressats genom filterplattorna.

3. Dimensionering av en filterpress för avvattning av slam

Vi tar fram ett exempel med följande data:

• Inflödesflöde slam = 1,25^m³/h. – Torkvikt slam vid inflödet = 3 %
• Slamdensitet: 1,1 kg/l. – Produktionstid för slam: 8 timmar/dag

Vi beräknar mängden fast material och vätska utifrån det dagliga utsläppet:

• Q = 1,25^m³/h × 8 h/d = 10^m³/d=> 10 × 1,1 = 11 000 kg/d slam.
• Torrsubstanshalten i detta slam är 3 %.
• MS = 11 000 kg/dag × 3 % = 330 kg/dag slam.
• Resten utgörs av vätska = 11 000 – 330 = 10 670 kg/d vätska som ska avledas.
• Om slamkakorna uppnår en torrhalt på 30 % => Daglig slamproduktion = 330/0,3 = 1 100 kg/dag avslampat slam från filterpressen.
• Av dessa är SS = 330 kg/dag och avrunnit vatten = 10 670 kg/dag.

Sammanfattningsvis beräknas mängden slam som bildas från kakorna på följande sätt:

• Om slamkakans densitet är d = 1,4 kg/l, blir volymen på den slamkaka som genereras med 30 % = 1 100 kg/dag / 1,4 kg/l = 785,7 liter/dag.
• Pressfiltret ska ta bort en volym av presskakor motsvarande 785,7 liter per dag.

Låt oss anta att filtreringssystemet är i drift 8 timmar per dag och att en filtreringscykel (inklusive påfyllning, filtrering, tömning och diverse andra moment) tar 4 timmar. Under dessa förhållanden krävs två filtreringsomgångar för att torka det slam som produceras under en dag, och varje torkning ger = 785,7/2 = 392,9 liter slam med 30 % torrhalt.

Filterpressens volym = 785,7 liter / 2 = 392,85 liter.

För att beräkna antalet plattor som behövs utgår vi från följande:

• Beräknad plattstorlek = 1000 x 1000 x 25 mm
• Volym per platta = 19,7 l. Yta per platta = 153,1^dm²

Antalet plattor som krävs för varje torkning är = 393 liter / 19,7 = 19,9, det vill säga 20 kamrar. Eftersom antalet filterplattor är n+1 kamrar => 20 + 1 = 21 filterplattor. Och filterpressens filterarea blir = 20 x 1,53 m = 30,3^m²

4. Hur ett pressfilter fungerar

Den flytande slamströmmen leds in i kamrarna via en samlingsledning, från vilken en tillförselledning går till varje kammare. Slammet pumpas in i kamrarna med hjälp av en tryckluftsdriven pump.

Det avrinnande vattnet samlas upp på motsatt sida efter att det har filtrerats. På detta sätt bidrar filterdukarna och det slam som ansamlas till att trycket ökar, koncentrationen stiger och slamkakor bildas. 

Det tillförda slammet måste snabbt fylla filterkamrarna för att bilda jämna filterkakor (tid: ca 5–6 minuter). Av denna anledning är det vanligt att använda lågtryckspumpar som stöd.

Beroende på vilken typ av fast ämne som ska separeras doseras ett specifikt flockningsmedel, eller kalkbruk, i en förbehandlingsbehållare för slam. Ibland tillsätts även koaguleringsmedel i förväg, till exempel Fe(OH)_₃ eller PAC.

Medan förbrukningen av flockningsmedel vanligtvis inte överstiger 4 kg/ton torrsubstans, kan kalkförbrukningen uppgå till 15 % av slammet torrsubstans, vilket leder till en högre avvattningsgrad, men samtidigt medför en ökad produktion av slam (torrsubstans).

Allteftersom slamkakan formas ökar trycket inuti kamrarna, tills det når en punkt där det blir asymptotiskt och den pneumatiska pumpen saktar ner sin hastighet tills den praktiskt taget stannar. Vid denna punkt avbryts även cirkulationen av det dränerade vattnet, vilket registreras av en flödessensor. Slutet på presscykeln detekteras av en tryckbrytare, som varnar operatören om situationen. Det är vid denna tidpunkt som slamkakorna är färdiga att lossas.

Pressfilteranläggningen monteras vanligtvis på en upphöjd konstruktion, så att en behållare kan placeras under kammarpaketet för att ta emot de pressade fasta ämnena. Dessa behållare är oftast försedda med en tömningsanordning för det fall att vatten eller felformade presskakor skulle hamna inuti dem. Dessa filter placeras vanligtvis utomhus och har ett tak för att förhindra att regn vatten tränger in i slambehållaren.

Det är mycket enkelt att tömma kakorna. Man behöver bara släppa trycket på den elektrohydrauliska enheten som håller dem stängda, och sedan öppna dem och dra isär dem så att de faller ner i behållaren av egen kraft.

I små filter (med plattor på upp till 1 m) kan urtömningen ske manuellt, och man kan till och med använda en hävstång för att lossa dem från de plattor som de kan ha fastnat på. För större storlekar används automatiska urtömningssystem som förflyttar plattorna och åtföljer öppningarna med vibrationer eller knackningar som får kakorna att falla av. I alla fall är det absolut nödvändigt att kontrollera att inga kakor sitter fast, varken helt eller delvis, på plattorna, för att undvika att stängningen blir felaktig vid efterföljande torkningar och att slam läcker ut. En vanlig lösning är att blåsa in luftströmmar för att torka kakorna ytterligare och säkerställa att allt vatten har filtrerats bort.

För att optimera insamlingen av torrslam installeras system för sönderdelning av slamkakor i syfte att minska den volym som upptar utrymme inuti behållarna.

Underhållet av denna typ av filter är mycket enkelt, eftersom det endast handlar om att hålla filterdukarna i gott skick. För detta ändamål måste de rengöras med jämna mellanrum, vilket innebär antingen en tvätt i slutet kretslopp eller att man demonterar dem och rengör dem separat för att sedan montera tillbaka dem när de är rena.

5. Olika typer av filterpressar

Det finns flera olika typer av pressfilter, var och en med sina egna specifika egenskaper och användningsområden. Nedan beskrivs några av de vanligaste typerna:

• Platt- och rampressfilter: Detta är den mest traditionella typen. Den består av en serie alternerande plattor och ramar , med ett filtermedium mellan dem. De fasta partiklarna samlas i kamrarna som bildas mellan plattorna, medan vattnet passerar genom filtermediet och leds bort. Denna typ av pressfilter är mångsidig och kan anpassas till olika typer av slam.
• Filterpressar med membran för efterpressning: I denna typ av filterpress är varje platta försedd med elastiska membran. Dessa membran möjliggör en kraftigare komprimering av slamkakan, eftersom de blåses upp hydrauliskt eller pneumatiskt, vilket leder till en högre avvattningseffektivitet.
• Bandpressfilter: Till skillnad från platt- och rampressfilter använder dessa filter ett kontinuerligt filterband som rör sig genom ett system av spända rullar. Slammet pumpas upp på bandet, där vattnet filtreras igenom medan de fasta ämnena fastnar kvar. Denna typ av filter är särskilt lämplig för stora slamvolymer och erbjuder hög avvattningskapacitet, men uppnår lägre avvattningsvärden än platt- och ramfilter. Koncentrationen av torrslam kan ökas genom tillsats av specifika reagenser och genom att i förväg anordna avrinningsbord.
• Vertikal eller tornformad filterpress: Denna typ av filterpress liknar en platt- och ramfilterpress, men istället för att stapla plattorna horisontellt placeras de vertikalt i ett torn. Detta möjliggör ett bättre utnyttjande av utrymmet och en högre avvattningskapacitet på en mindre yta. Tornformade filterpressar är idealiska för anläggningar med begränsat utrymme.

Inbyggda kammare: Plåt- och ramfilterpressen använder en serie filterplåtar och ramar, medan filterpressen med inbyggda kammare använder filterplåtar för att bilda inbyggda kammare. Platt- och ramkonstruktionen gör det enkelt att täcka duken, medan konstruktionen med inbyggda kammare kräver att duken fästs ordentligt på plattorna. Valet mellan dessa två konstruktioner beror på de specifika kraven för tillämpningen, filtreringskapaciteten och andra driftsmässiga överväganden.

6. Kombinationen DAF + filterpress i avloppsreningsverk

I ett konventionellt avloppsreningsverk har det slam som separeras i en sedimenteringsbassäng en koncentration som varierar mellan 0,6 och 1,5 % torrsubstans, beroende på om det rör sig om sekundär- eller primärslam. Denna slamkoncentration är för låg för att slammet ska kunna torkas i en filterpress, varför det är nödvändigt att installera en mellanförtjockare.

En förtjockningsanläggning är en anläggning av betydande storlek och kostnad, som kräver en behållare, mekaniska system och lämpliga överföringspumpar. Det förtjockade slammet i dessa anläggningar uppnår vanligtvis koncentrationer på 3–4 % torrsubstans, vilket redan anses lämpligt för mekanisk torkning.

Detta slam lagras i en uppsamlingstank och matas in i filterpressen med hjälp av en tryckluftsdriven pump, efter att flockulerings- och koaguleringsmedel har tillsatts vid behov.

Om man istället för en sedimenteringsanläggning väljer att installera ett system för flotation med upplöst luft (DAF), kan man undvika ett mellanförtjockningssystem, eftersom slammet från DAF-systemet har en torrsubstanshalt på mellan 4 % och 5 %. Ett DAF-system erbjuder följande fördelar:

• Utrymmesbesparing.
• Det behövs ingen förtjockare.
• Effektivare avskiljning av suspenderade fasta ämnen.
• Man får ett renare vatten av bättre kvalitet.

Om man ser till de ekonomiska aspekterna är det ingen större skillnad i investeringskostnader och driftskostnader mellan de båda systemen, eftersom DAF-systemet kräver extra utrustning för trycksättning och tryckavlastning av den tillförda luften.

Flödesschema för DAF-system + filterpress för separering och torkning av slam

7. Slutsats

Det fasta avfall som uppstår vid avloppsreningen måste avlägsnas, behandlas och avvattnas för att volymen ska minskas så mycket som möjligt, så att det åtminstone uppnår en sådan reduktionsgrad att det kan tas emot på en godkänd deponi. För detta finns olika tekniker, bland vilka mekaniska torkningsprocesser utmärker sig, och bland dessa torkning med pressfilter, eftersom den ger en hög torkningsgrad till låga kostnader för energi och reagenser.

En viktig punkt att tänka på är att slammet som ska behandlas måste förberedas innan det matas in i filterpressen genom tillsats av lämpliga koagulerings- och flockningsmedel, och i en lägsta koncentration som gör processen genomförbar (3–5 %).

Slam från sedimenteringsreningssystem når sällan dessa koncentrationer, varför en mellanliggande förtjockningsbehandling krävs.

Ett effektivt alternativ som sparar både utrymme och kostnader och ger en större minskning av föroreningarna i avloppsvattnet är flotation med upplöst luft (DAF), ett område där vi på Sigmadaf har gedigen erfarenhet.

Det slam som avskilts i DAF-anläggningen har redan den lägsta koncentration som krävs för att direkt ledas vidare till pressfiltret för avvattning.

Litteraturlista och källor

Vad är skillnaden mellan en platt- och ramfilterpress och en inbyggd kammare?

Filterpress – det bästa alternativet för avvattning av slam

Filterpress: egenskaper, delar, hur den fungerar, användningsområden