Primärrening av avloppsvatten med hjälp av DAF-system

• 1. Primärrening i avloppsreningsverk
• 2. Alternativ för primärrening vid vattenrening
• 3. DAF-system som förbehandlingsteknik
• 4. Jämförelse mellan primär sedimentering och flotation med upplöst luft
• 5. SIDMADAF:s DAF-system vid förbehandling
• 6. Sammanfattning

1. Primärrening i avloppsreningsverk

Både tillförselvatten som tas upp från ytvatten (floder, reservoarer och sjöar) och avloppsvatten, såväl från tätbebyggelse som från industrin, måste genomgå en lämplig rening för att kunna användas, släppas ut eller återvinnas. En viktig del av denna rening är den inledande reningen, även kallad primärrening, som består i att avskilja fasta partiklar och större föroreningar.

Beroende på vilket vatten som ska renas kan de olika stegen i processen variera. Den vanligaste behandlingen består av ett första steg för grovavskiljning, följt av ett andra steg för finavskiljning, vilket vanligtvis utförs med hjälp av mekaniska system, såsom galler och siktar. Den slutliga filtreringsöppningen är vanligtvis inte mindre än 3 mm, varför det är nödvändigt att installera en kompletterande behandling som avlägsnar resten av de suspenderade fasta ämnena i vattnet.

Efter dessa behandlingar för att avlägsna de grovaste fasta partiklarna installeras vanligtvis reningssystem som, beroende på tillämpningen, kan använda kemikalier för pH-justering, sterilisering samt tillsats av koagulerings- och flockningsmedel. I dessa fall talar vi om fysikalisk-kemiska behandlingar.

Det är avgörande att den inledande reningen utförs korrekt för att de efterföljande reningsstegen ska fungera som de ska.

2. Alternativ för primärrening vid vattenrening

Vid reningsverk används olika typer av primärrening som gör det möjligt att minska halten av suspenderade ämnen till nivåer som är acceptabla för sekundär- och tertiärreningen.

I avloppsreningsverk för kommunalt avloppsvatten installeras primära sedimenteringsbassänger, där de fasta partiklarna separeras utifrån densitet och stigningshastighet utan tillförsel av ytterligare kemikalier. Dessa tankar är cirkulära och har ett system för uppsamling av flytande material med en ytskrapa, samt bottenskrapor som separerar de dekanterade fasta ämnena. I dessa fall överstiger separationen av fasta ämnen vanligtvis inte 60–65 %, och minskningen av kemisk syreförbrukning (KSB) överstiger sällan 40 %.

Dimensioneringen av denna utrustning baseras på en uppströmsflödeshastighet på 0,5–2^m³/m²/h och en uppehållstid på cirka 1,5–3 timmar. Det resulterande slammet består av flytande och sedimenterat slam, som bryts ned snabbt. Detta slam blandas vanligtvis med det aktiva slammet från sekundärreningen för att sedan skickas till en aerob eller anaerob rötkammare, vars val beror på mängden och typen av slam som produceras.

Schema över primär dekanterare 

Vid anläggningar för dricksvatten från ytvatten (floder, sjöar, dammar osv.) sker även en klarning efter den mekaniska avskiljningen av fasta ämnen, men i detta fall genomförs en fysikalisk-kemisk behandling.

Under själva vattenintaget är det vanligt att dosera in ett desinfektionsmedel (NaOCl,_Cl2 osv.) för att eliminera mikroorganismerna i det naturliga ytvattnet. Därefter sker en koagulering av de kolloidala ämnena, varav många är organiska, för vilket man doserar reaktiva ämnen av typen_FeCl3 eller_Al2(_SO4). Den motsvarande pH-justeringen utförs med syra eller alkali för att optimera effektiviteten.

Koaguleringen av kolloider sker i en kammare som omrörs med hög hastighet. Därefter tillsätts ett flockuleringsmedel av typen polyelektrolyter, vilket är ett polymer som binder samman de bildade koagulerna för att skapa moln av skumliknande fasta partiklar (flockar). Flockuleringskammaren är större än koaguleringskammaren och de blandare som används har låg hastighet, vilket är lämpligt för att inte bryta sönder de bildade flockarna.

De bildade partiklarna tenderar att sedimentera (sjunka till botten) eller flyta, beroende på deras densitet och beskaffenhet.

För sedimentering finns det även möjlighet att använda antingen statiska eller lamellformade sedimenteringskärl.

Lamellseparatorer är konstruerade för att klättringshastigheterna ska vara betydligt högre än hos konventionella separatorer (upp till fem gånger högre), eftersom de dimensioneras utifrån den yta som lamellerna täcker och deras uppehållstid brukar inte överstiga en timme. Detta medför följande fördelar:

• Minskad platsåtgång
• Konstruktion av utrustningen utifrån resultaten från de jar-tester som genomförs.

I vissa fall finns det även flytande system att tillgå:

• När det förekommer oljor och fetter, tensider och andra lätta föroreningar.
• När flocculerna tenderar att flyta, till exempel i anläggningar för avsaltning av havsvatten, där det ofta förekommer alger, marint biologiskt material och till och med utsläpp av kolväten.
• När det finns sekundära reningsprocesser, såsom omvänd osmos eller ultrafiltrering, som kräver inloppsvatten av hög kvalitet (låg grumlighet, låg halt av organiskt material, fritt från olja och fett samt väl desinficerat), för att undvika stopp, avlagringar och biofilm, vilka kan försämra systemens driftskapacitet så pass mycket att de blir obrukbara.

Genom flotationsrening kan man minska utrymmesbehovet och förbättra avskiljningseffektiviteten för suspenderade fasta ämnen, som kan överstiga 90 %, samtidigt som det bildas ett överflötslager av slam med en högre koncentration (3–4 %) än i de primära sedimenteringsbehållarna, där koncentrationen vanligtvis inte överstiger 1 %.

Man måste beakta att flytkraften är förknippad med tillförsel av luft, vilket innebär en extra energiförbrukning.

När det gäller reningsverk för industriellt avloppsvatten finns det lika många olika typer av utsläpp som det finns branscher, och därför måste man i varje enskilt fall undersöka vilken förbehandling som är mest lämplig.

I industriellt avloppsvatten samlas vanligtvis avloppsvattnet upp i en utjämningstank för att uppnå ett så jämnt och konstant flöde som möjligt, eftersom avloppsvattnet från en och samma fabrik kan variera kraftigt. Ibland är det lämpligt att separera det för att behandla det separat.

De första stegen i förbehandlingen av detta avloppsvatten syftar till att avskilja de grovaste partiklarna och de största fasta ämnena. Denna process utförs innan avloppsvattnet leds in i utjämningsbassängen för att undvika mekaniska problem i resten av anläggningen. På grund av de kemiska variationer som uppstår i industriella processer är det också vanligt att justera pH-värdet för att göra koagulerings- och flockningsprocessen mer effektiv.

3. DAF-system som förbehandlingsteknik

När det gäller industriellt avloppsvatten, där föroreningarna oftast har lägre densitet än vatten, är flotation med upplöst luft (DAF) den mest lämpliga lösningen tack vare sin höga effektivitet och det begränsade utrymmet som krävs för installationen.

DAF-tekniken bygger på tillförsel av tryckluft (0,15–0,30 kg luft/kg TSS) vid ett tryck på 5–7 bar till en del av det renade vattnet som återcirkuleras (ca 10–25 % av den totala mängden).

En DAF-enhet är uppdelad i två zoner:

• Den främre zonen, även kallad reaktionszonen, där de suspenderade flockarna kommer i kontakt med de luftbubblor som tillförs för att fånga upp dem.
• Separations- och klarningszonen, där luftbubblorna fyller sin funktion genom att separera flockarna och genom flotation föra dem upp till ytan. En avledare är monterad mellan de två zonerna för att hålla driftsförhållandena åtskilda.

Schema över reningsprocess med upplöst luftflotation (DAF)

Det renade vattnet pumpas upp från botten av sedimenteringsbassängen. Denna process gör att bubbel- och flockaggregat som inte når upp till ytan spolas med det renade vattnet.

4. Jämförelse mellan primär sedimentering och flotation med upplöst luft

Jämfört med primärdekantering har flotation med upplöst luft en rad fördelar, som beskrivs nedan:

1. Högre effektivitet: Flotation med upplöst luft är effektivare än primärsedimentering när det gäller att avskilja suspenderade fasta ämnen, fetter och oljor. 
2. Mindre utrymmesbehov: Flotation med upplöst luft kräver mindre utrymme än primärsedimentering tack vare sin högre effektivitet och kortare uppehållstid. 
3. Större flexibilitet: Flotation med upplöst luft är mer flexibel än primärsedimentering när det gäller reningskapacitet och variationer i vattenkvaliteten. 

Men precis som alla processer har även denna vissa nackdelar. Några av nackdelarna med flotation med upplöst luft är:

1. Kostnad: Flotation med upplöst luft kan vara kostsamt på grund av behovet av specialutrustning och processens komplexitet. 
2. Energibehov: Flotation med upplöst luft kräver en betydande mängd energi för att generera de luftbubblor som behövs för processen. 
3. Behov av kemikalier: Ofta kräver flotation med upplöst luft att kemikalier tillsätts för att underlätta separationen av fasta ämnen från vattnet. 

Jämförelsetabell över reningsmetoder i förrening        

Teknik	V. uppåtgående (m³/m²/h)	T. kvarhållande (hr)	Minskning SS (%)	Reduktion DQO (%)	Minskning i % Syra och fett
Sedimentering Primär (reningsverk)	0,5 – 1	1–2	60–70	25–40	40–50
Dekantering lamellär	3 – 5	0,5 – 1	80–90	30–40	50–60
DAF-flotation	5 – 20	– 1	90–95	30–50	90–99

5. SIDMADAF:s DAF-system i förbehandlingen

SIGMADAF erbjuder flera olika modeller av DAF-system för primärrening.

Modellerna FPHF/FPBC arbetar med högre hydraulisk belastning, är utrustade med lameller för att förbättra separationsprocessen och har en mindre flytyta.                                           

Denkompakta FPBC-modellen består av en tank i stål eller plast avsedd för lägre kapacitet, i intervallet 10–250 m³/h, medan den kompakta FPHF-modellen är en enhet med högre kapacitet, i intervallet 300–1000 m³/h, med en tank i stål.

FPBC-CW med betongtank kan hantera flöden från 500 till 3 500 m³/h.

Todos estos modelos pueden construirse en tanques de acero recubiertos con recubrimiento epoxi especial o revestimiento interno de PRF. Los tanques de plástico (PP) son empleados para capacidades más pequeñas (< 250 m3/h), o en tanques RCC si la capacidad de tratamiento supera los límites de las unidades compactas construidas en tanque de acero.

Den differentiella tekniken som används i FPBC är ett lamellpaket som fungerar i motström mot vattnets nedåtgående flöde i tanken, genom lamellerna. Detta säkerställer en jämn vattenfördelning och förbättrar luftbubblornas vidhäftning till de suspenderade partiklarna när vattnet strömmar genom lamellrörets kanaler. Lamellerna är av motströms-typ med ett stort avstånd mellan plattorna på 80 mm och en lutning på 60º. De lättare partiklarna separeras genom flotation i den första sektionen av lamellpaketet och de tyngre partiklarna separeras med relativt hög effektivitet i lamellerna när vattnet strömmar nedåt. De flytande fasta partiklarna bildar skum i tankens övre del som avlägsnas med ytskäraren, medan sedimenten på botten avlägsnas med en skimmer i tankens botten, i fallet med en RCC-tank, eller en skruvtransportör i fallet med en kompakt enhet med stål- eller plasttank.

som avlägsnas med ytskrapan, medan sedimenten på botten avlägsnas med en skimmer på tankens botten, när det gäller en RCC-tank, eller med en skruvtransportör när det gäller en kompakt enhet med stål- eller plasttank.       

Vid primärrening med SIGMADAF:s flottörer med upplöst luft, som använder separatorlameller eller -plattor, uppnås stighastigheter på över 30^m³/m²/h, vilket ger en uppfattning om hur mycket utrymme de sparar jämfört med statiska eller lamellformade primärsedimenteringskärl.

6. Sammanfattning

Förbehandlingen vid reningsverk för både avloppsvatten och dricksvatten spelar en avgörande roll för dimensioneringen och prestandan hos anläggningarna som helhet.

DAF-flotation (dissolved air flotation) är den bästa lösningen för avskiljning av suspenderade fasta ämnen (TSS) i de flesta typer av industriellt avloppsvatten och för dricksvatten, tack vare dess utmärkta förmåga att reducera kolloidalt material, oljor, rengöringsmedel och andra föroreningar med låg densitet, som om de når de efterföljande reningsstegen kan orsaka mekaniska problem i form av stopp och föroreningar i rör, utrustning och filtermedier såsom RO- och UF-membran. SIGMADAF har de mest lämpliga lösningarna för varje enskilt fall.

Litteraturlista och källor

Metcalf-Eddy . Förlaget Labor S.A.   

Schematisk bild av en DAF-reningsenhet. | Ladda ner vetenskapligt diagram