Separering av oljor och fetter med hjälp av DAF-system

• 1. Rening av avloppsvatten som innehåller oljor och fetter
• 2. DAF-system för avskiljning av olja och fett i avloppsvatten
• 3. Separering av oljor och fetter genom koalescens
• 4. Andra tekniker som används för att avlägsna olja och fett ur avloppsvatten
• 5. Slutsats

Oljor och fetter är några av de vanligaste föroreningarna i avloppsvatten som uppstår vid industriella processer. Deras förekomst i avloppsvattnet kan orsaka allvarliga skador på miljön och människors hälsa, varför det är avgörande att vidta nödvändiga åtgärder för att separera oljor och fetter från avloppsvattnet.

De orsakar också driftsproblem i avloppsreningsverk. Å ena sidan är de ofta viskösa ämnen som fastnar på silar, behållare, rörledningar, mekaniska komponenter och instrument genom vilka avloppsvattnet strömmar; vilket medför problem ur effektivitets- och underhållssynpunkt. Å andra sidan kan de orsaka syrebrist i oxidationsbassängerna, vilket försvårar den biologiska behandlingen av avloppsvattnet och samtidigt lätt leder till att filtermedierna (filter, membran etc.) sätts ur funktion.

1. Rening av avloppsvatten innehållande oljor och fetter

Oljor och fetter (FOG) förekommer ofta i avloppsvatten från olika branscher, såsom livsmedelsanläggningar, oljeraffinaderier eller bilverkstäder, för att nämna några exempel, och är svårare att bryta ned biologiskt än andra ämnen i avloppsvattnet.

Om dessa avlagringar av olja och fett inte avlägsnas i förväg kan de minska effektiviteten hos biologiska reningsprocesser och membranrening, vilket kan leda till blockeringar, täppa till och kväva reningssystemen samt minska förmågan hos de mikroorganismer som används i avloppsreningsprocesserna att bryta ned slam.

Det mest effektiva alternativet är därför att avskilja oljor och fetter genom en förbehandling med hjälp av flotation med upplöst luft (DAF). Efter denna förbehandling kan avloppsvattnet ledas vidare till andra reningsanläggningar med garanti för att den sekundära reningsprocessen inte äventyras.

2. DAF-system och koagulerings-flockuleringssystem för separering av oljor och fetter i avloppsvatten

Det mest effektiva alternativet är att separera oljor och fetter genom en förbehandling med hjälp av flotation med upplöst luft (DAF). Efter denna förbehandling kan avloppsvattnet ledas vidare till andra reningsanläggningar med garanti för att den sekundära reningsprocessen inte äventyras.

System för flotation med upplöst luft (DAF) utnyttjar principen om flytkraft för att separera olja och fett från avloppsvattnet. Processen sker genom att mikrobubblor av luft tillförs avloppsvattnet, vilka fäster sig vid olje- och fettpartiklarna och får dem att flyta upp till ytan; i detta fall har dessa bubblor en storlek på ≤50 µm och fördelas jämnt i flotationsanläggningen.

Koagulering och flockning är två kemiska processer som innebär att kemikalier tillsätts i avloppsvattnet. Dessa reagenser neutraliserar laddningen hos olje- och fettpartiklarna, vilket får dem att klibba ihop och bilda större klumpar eller flockar som kan avlägsnas från vattnet genom flotation.

• Koagulering är det första steget i processen, där ett kemiskt koaguleringsmedel tillsätts till avloppsvattnet, vanligtvis ett metallsalt såsom aluminiumsulfat (alun) eller järnklorid. Koaguleringsmedlet neutraliserar laddningen hos olje- och fettpartiklarna, vilket får dem att klumpa ihop sig och bilda små klumpar (koagulerade partiklar). Ibland krävs en justering av pH-värdet för att denna process och den efterföljande ska fungera korrekt.                                                                                                                       
• Flockning är det andra steget i processen, där ett kemiskt flockningsmedel tillsätts till avloppsvattnet, vanligtvis ett polymer med hög molekylvikt. Flockuleringsmedlet fungerar som ett bindemedel och får små klumpar av olja och fett att klibba ihop och bilda större och tyngre flockar som lättare kan avlägsnas från vattnet genom DAF-flotation. Flockarna bildar ett skum- eller slamskikt på vattenytan, som avskiljs och avlägsnas från systemet.

DAF-separatorer är särskilt effektiva för rening av industriellt avloppsvatten som innehåller oljor och fetter, till exempel från livsmedelsanläggningar, petrokemiska anläggningar och andra tillverkningsanläggningar. De är också användbara för att avlägsna andra typer av föroreningar, såsom suspenderade fasta ämnen, tungmetaller och organiska föreningar.

Bland fördelarna med avloppsrening med hjälp av ett DAF-system vill vi särskilt lyfta fram följande:

• Hög effektivitet vid avskiljning av olja och fett från avloppsvatten, vanligtvis i storleksordningen 90–99 %.            
• Det är en process som erbjuder stor flexibilitet när det gäller att behandla en mängd olika typer och koncentrationer av avloppsvatten. Processen kan anpassas efter avloppsvattnets specifika egenskaper, däribland pH-värde, temperatur samt typ och koncentration av föroreningar.
• Koagulerings- och flockningsprocessen kräver vanligtvis mindre mängder kemikalier än andra reningsmetoder, vilket innebär lägre kemikaliekostnader och mindre mängder kemiskt avfall. 
• Processen med flotation med upplöst luft minskar också mängden slam som uppstår under reningsprocessen, vilket innebär lägre kostnader för hantering och bortskaffande av slammet samt en mindre miljöpåverkan.
• Driftskostnaderna för en kombinerad koagulations- och flockningsprocess med ett DAF-system är relativt låga jämfört med andra tekniker. Detta kan vara särskilt fördelaktigt för industrier som genererar stora mängder avloppsvatten och behöver en kostnadseffektiv reningslösning.
• DAF-system är relativt enkla att använda och kräver minimala underhållskostnader jämfört med andra tekniker. Detta kan utgöra en betydande fördel för branscher som behöver en tillförlitlig reningsprocess med låga underhållskrav.

De branscher som har störst nytta av denna process är följande:

• Livsmedels- och dryckesindustrin: Livsmedelsförädlingsindustrin, till exempel kött- och mejeriindustrin, genererar stora mängder avloppsvatten med hög halt av oljor och fetter som måste renas.
• Oljeraffinering: Oljeraffinaderier genererar stora mängder oljehaltigt avloppsvatten som innehåller kolväten och som måste behandlas innan det släpps ut.               
• Kemikalietillverkning: Tillverkningsprocesser för kemikalier kan ge upphov till avloppsvatten som innehåller ett brett spektrum av föroreningar, däribland oljor.
• Metallindustri: Metallindustrin, till exempel inom metallbearbetning och ytbehandling, genererar avloppsvatten med höga oljehalter som kräver en effektiv separationsbehandling innan det släpps ut eller återanvänds. 
• Textiltillverkning: Textiltillverkningsprocesser kan ge upphov till oljehaltigt avloppsvatten som innehåller ett brett spektrum av föroreningar.
• Celluloosa- och pappersframställning: Celluloosa- och pappersfabriker genererar stora mängder avloppsvatten som kan innehålla oljor från tillverkningsprocesserna.
• Bil- och flygindustrin: Bilfabriker genererar oljehaltigt avloppsvatten från olika processer, såsom rengöring av komponenter och metallbearbetning.
• Energiproduktion: Anläggningar för energiproduktion, såsom kolkraftverk, kan generera oljehaltigt avloppsvatten som måste renas innan det släpps ut. 
• Gruvdrift: Gruvindustrin kan generera oljehaltigt avloppsvatten från olika processer, såsom mineralbearbetning och underhåll av utrustning.                                                           
• Läkemedelsindustrin. 
• Plasttillverkning. 
• Tillverkning av färger och beläggningar.

3. Separation av oljor och fetter genom koalescens

Alla industriella processer som innefattar vegetabiliska eller animaliska produkter kan ge upphov till avloppsvatten som innehåller oljor och fetter. Dessutom genererar smörjmedel och andra oljor som används i maskiner och transportmedel stora mängder process- och tvättvatten. Oljor och fetter förekommer i form av långkedjiga makromolekyler.

Beroende på oljans typ, dess ursprung (animaliskt, vegetabiliskt eller mineraliskt) och dess fysikalisk-kemiska egenskaper används olika separationstekniker. För oljor med lägre densitet (ca 0,8 kg/l) används vanligtvis enkla flotationssystem som utnyttjar densitetsskillnader, såsom API-separatorer, eller koalescensplattor (CPI).

Koalescens är den egenskap som gör att ämnen förenas eller smälter samman för att öka sin storlek. När det gäller oljehaltigt avloppsvatten ärkoalescerande plattoreller oljeseparatorer (CPI) plastfyllningar som möjliggör fysisk separation av kolväten, fetter och oljor i avloppsvattenströmmar.

Plattorna är placerade i en viss vinkel för att underlätta vätskeströmmen genom dem, vilket gör att oljepartiklarna kan avsättas på plattornas ytor och sammanfogas genom koalescens. Därefter dras de större partiklarna upp till ytan av själva vätskeströmmen. Det skikt av skum och ytfett som bildas dras bort eller sopas bort av ett mekaniskt system (avskiljare).

När olje- och fettpartiklarna förekommer i form av en emulsion krävs en kemisk förbehandling som består i tillsats av demulgeringsmedel, vilka är ytaktiva ämnen som, när de tillsätts till emulsionen, underlättar sammanfogningen av oljor och fetter.

Avskiljningsgraden är betydligt högre när man använder luft för koalescensavskiljning.

• Bubblornas storlek: För att uppnå en korrekt separation genom koalescens med luft bör de bildade bubblorna vara mindre än 2 mm. Med mindre bubblor uppnås en bättre separation, men man måste tillföra tryckluft och därefter avtrycka blandningen på rätt sätt för att få fram mikrobubblor (≤ 0,5 mm).
• Avstånd mellan diffusorer: När avståndet mellan diffusorerna ökas minskar sannolikheten för att bubblor som alstras av en diffusor kolliderar med bubblor som alstras av en annan diffusor.
• Vattenytans höjd: När bubblorna stiger tenderar de att bilda en luftpelare, där avståndet mellan dem är mycket litet, vilket underlättar sammansmältningen.

I följande diagram (figur 1) framgår det att bubblornas stigningshastighet ökar i takt med att deras storlek ökar, vilket visar att kontakttiden är längre för mindre bubblor.

Beroende på mängden FOG i det avloppsvatten som ska behandlas och dess vidare användning (sekundärrening, utsläpp, återanvändning), kan ett kavitationsluftsystem (CAF) användas, där en speciell omrörarskruv används som skapar en virvel och därmed ett undertryck på vätskans yta, vilket minskar dess ytspänning.

Denna luft i form av bubblor sprids i utsläppsströmmen, vilket leder till att föroreningarna separeras genom att partiklarnas skenbara densitet minskar och tack vare att oljor och fetter klumpar ihop sig.

CAF-systemet är kostnadseffektivt, både vad gäller installation och förbrukning av reagenser och energi, och dessutom är det enkelt att underhålla. Emellertid ligger dess reningsgrad för oljor och fetter på omkring 60–80 % på grund av ojämnheterna, mängden och storleken hos de luftbubblor som bildas

Detta system används vanligtvis som förbehandling inför ett system för flotation med upplöst luft (DAF), antingen när koncentrationen av oljor och fetter är mycket hög, eller när koncentrationen är medelhög eller låg och detta inledande reningssteg räcker till på grund av avloppsvattnets egenskaper.

4. Andra tekniker som används för att avlägsna oljor och fetter från avloppsvatten.

Utöver CPI, API, CAP och DAF, som redan har behandlats i denna artikel, bör följande alternativa system nämnas:

• Gravitationsseparation: Gravitationsseparation är en teknik som utnyttjar densitetsskillnaden mellan olja och vatten för att separera dem. Metoden bygger på att olja och fett har lägre densitet än vatten och att de, när de tillförs en tank eller en dekanteringskammare, flyter upp till ytan medan vattnet, som är tyngre, sjunker till botten. När olja och fett har separerats kan de avlägsnas från ytan med hjälp av en skumavskiljare.                                                                                                            
• Filtrering: Filtrering är en annan fysikalisk separationsmetod som används för att avlägsna oljor och fetter från avloppsvattnet. Metoden går ut på att leda avloppsvattnet genom ett filter som fångar upp oljor och fetter medan vattnet släpps igenom. Som filtermedium kan man använda vilket material som helst som kan fånga upp olja och fett, till exempel sand, aktivt kol eller polymerfibrer, men det täpps ofta igen snabbt och är svårt att rengöra.                                                                                                                                                           
• Kemisk oxidation: Kemisk oxidation är en teknik där man använder oxidationsmedel, såsom väteperoxid, ozon eller klor, som reagerar med olja och fett och gör dem olösliga i vatten. Metoden är effektiv, men kan vara kostsam och ge upphov till biprodukter som kräver ytterligare behandling.                                                                                  
• Bioremediering: är en process som går ut på att tillföra mikroorganismer till avloppsvattnet som kan bryta ned oljor och fetter. Mikroorganismerna använder oljor och fetter som näring och omvandlar dem till ofarliga biprodukter, såsom vatten och koldioxid.                                                                                                                                  
• Bioförstärkning: innebär att man tillför specifika stammar av bakterier eller andra mikroorganismer som är särskilt utformade för att bryta ned vissa typer av oljor och fetter. Denna metod är effektiv för rening av avloppsvatten som innehåller specifika typer av föroreningar.

5. Slutsats

Separationen av oljor och fetter i avloppsvattnet sker genom densitetsskillnaden mellan dessa föroreningar (som har lägre densitet) och vattenströmmen som innehåller dem.

Dessa föroreningar måste avlägsnas, eftersom de kan orsaka problem för elektromekanisk utrustning och reningsprocesser.

Av de olika tekniker som finns för att genomföra denna separering är system med upplöst luft (DAF) de mest effektiva, även om det i vissa fall där föroreningskoncentrationerna är höga är lämpligt att föregå dem med andra reningssteg som reducerar halterna (CPI, CAF osv.).

Om det dessutom krävs en mer noggrann avskiljning av oljor och fetter bör kompletterande reningssteg installeras för att uppnå önskade värden, till exempel en finrening med särskilda membran.

Litteraturförteckning och källor

http://www.scielo.org.co/

Vad är koalescensfenomenet? Ta reda på det (ingeciv.com)

Emulsionsbrytare | Smart Fluid International