Avlägsnande av tvättmedel och andra ytaktiva ämnen i avloppsvatten

• 1. Utsläpp av rengöringsmedel och andra tvålhaltiga ämnen
• 2. Typer av tensider
• 3. Förekomst av ytaktiva ämnen i avloppsvattnet
• 4. Avlägsnande av tensider i avloppsvatten
• 5. Sammanfattning

1. Utsläpp av tvättmedel och andra tvålhaltiga ämnen

Vissa typer av avloppsvatten som uppstår i industriella processer innehåller tvålämnen och rengöringsmedel. Utsläpp av detta vatten har negativa effekter på naturmiljön, till exempel i form av övergödning, vilket leder till ett ekosystem som kännetecknas av onormalt höga halter av näringsämnen som fosfater.

När tvättmedel läcker ut bildas en hinna på vattenytan, vilket minskar upptaget av syre från luften och dess efterföljande utspädning, vilket påverkar alla typer av vattenlevande organismer.

Utsläpp av vatten som är förorenat med tvättmedel och andra ytaktiva ämnen sipprar ofta ner i marken, varvid en del av föroreningarna stannar kvar där. I andra fall hamnar dessa föroreningar i grundvattnet.

2. Typer av tensider

Tensider, även kallade ytaktiva ämnen, är molekyler av organiskt ursprung som har förmågan att förändra balansen mellan de attraktionskrafter som verkar mellan molekylerna nära ytan av en vätska. Med andra ord är det ämnen som kan minska ytspänningen hos en vätska. 

Dessa föreningar används i stor utsträckning inom olika industriella tillämpningar, eftersom de gör det möjligt att lösa upp eller emulgera ämnen som är olösliga i vatten, såsom oljor, fetter och andra ämnen.

Tensider används vid tillverkningen av produkter som:

• Tvätt- och rengöringsmedel: Tensider är avgörande för tillverkningen av tvätt- och rengöringsmedel, eftersom de hjälper till att lösa upp eller separera olösliga ämnen och därmed underlättar rengöringsprocessen.
• Rengöringsindustrin: Tensider spelar en avgörande roll vid tillverkningen av schampo, diskmedel, tvättmedel och produkter för dammborttagning på ytor.
• Emulgeringsmedel och lösningsmedel: De används även som emulgeringsmedel och lösningsmedel inom olika industriella tillämpningar.

Utifrån sin struktur kan tensider delas in i:

• Ijonfria: kännetecknas av att de innehåller joniserbara funktionella grupper som inte kan dissocieras i vatten. De består huvudsakligen av en polär del med etrar och alkoholer och en apolär del som innehåller den alifatiska kedjan, även om de också kan vara icke-alifatiska anjoniska.
• Joniska: kännetecknas av en stark affinitet till vatten på grund av den elektrostatiska attraktionen mellan deras dipoler, vilket ger dem förmågan att binda till kolvätekedjorna.

De joniska tensiderna kan i sin tur delas in i:

• Anjoniska tensider: Dessa är de vanligaste tensiderna inom industrin och tillverkas i stor skala eftersom de är effektiva till en låg kostnad. De kännetecknas av att deras hydrofila del har en negativ laddning på grund av fosfat-, sulfat-, karboxylat- och sulfonatgrupper.
• Katjoniska tensider: De har en positiv laddning som ger dem bättre vidhäftning till underlag och långvarig verkan. De kan förändra ytegenskaperna och omvandla hydrofila ytor till hydrofoba och vice versa. Dessutom har föreningar som aminer och deras salter bakteriedödande effekter som kan eliminera vissa mikroorganismer eller hämma deras tillväxt.
• Amfotera tensider:kännetecknas av att de innehåller både anjoniska och katjoniska grupper, och molekylen ändrar sig beroende på pH-värdet.

3. Förekomst av ytaktiva ämnen i avloppsvattnet

Som vi har sett förekommer det ofta rester av tvättmedel i avloppsvattnet, både från hushåll och från industrin.

Bland de mest negativa effekterna som tensider har på avloppsvattnet kan följande nämnas:

• De höjer pH-värdet i avloppsvattnet, vilket påverkar livscykeln hos vattenlevande arter.
• De leder till en ökning av näringsämnen i vattnet där de släpps ut, vilket orsakar en kraftig ökning av algblomning och dålig lukt på grund av tillförseln av stora mängder fosfor.
• Fosfaterna ersätts av ämnen som nitrilotriättiksyra (NTA) eller etylendiamintetraättiksyra (EDTA), vilka innehåller tungmetalljoner som löses upp i vattnet och kan intas av befolkningen.
• Kvicksilver, bly och krom är tungmetaller som kan lösas upp i vatten och därmed orsaka störningar i näringskedjan eller genetiska skador hos många arter.
• Koncentrationen av klor och organiska klorföreningar kan öka i avloppsvattnet, vilket utgör ett hot på grund av deras mutagena och cancerframkallande effekter.
• När organiska föreningar från tvättmedel bryts ned förbrukas stora mängder syre, vilket leder till syrebrist och orsakar att vattenlevande djur och växter dör.
• De har en direkt inverkan på sedimenterings-, flocknings- och koaguleringsprocesserna i avloppsreningsverk.
• De förorenar grundvattnet.
• De bildar stora mängder skum som flyter på vattnet och påverkar syrehalten, samtidigt som de skadar miljön.

De ytaktiva ämnen som finns i avloppsvattnet orsakar stora problem när det anländer till reningsverken. Under påverkan av luftningen bildar de stora mängder flytande skum som, förutom att de är fula, försvårar syreöverföringen och orsakar driftsproblem i anläggningarna.

Tensider påverkar vattenkvaliteten eftersom de spelar en roll i olika processer, till exempel syreutbytet, vilket minskar syretillgången och därmed påverkar den biologiska processen.

Bildning av miceller

När tensider löses upp i en vätska bildas små sfäriska strukturer (10–30 nm) som kallas”miceller”. Dessa är avgörande för olika tillämpningar, såsom rengöring och emulgering. Micellerna bildas utifrån följande egenskaper:

• Tensider har en polär (hydrofil) del och en icke-polär (hydrofob) del.
• I en vätska grupperar sig tensidmolekylerna spontant för att minimera ytenergin.
• De hydrofila delarna riktar sig mot vattnet, medan de hydrofoba delarna samlas på insidan och bildar en sfärisk struktur som kallas micell.
• Micellerna sväller och bildar mikroemulsioner, vilket underlättar upplösningen av oljor, fett, kolväten eller aromatiska föreningar som bensen och dess derivat etc.

Micellernas egenskaper

• Lösliggörande: Miceller kan innesluta ämnen som inte är lösliga i vatten, såsom fetter och oljor, och därmed öka deras löslighet.
• Rengöring: Micellerna hjälper till att ta bort smuts och fett från fasta ytor.
• Emulsion: I produkter som krämer och lotioner emulgerar micellerna vattenolösliga ingredienser.
• Kolloidal stabilitet: Micellerna håller partiklarna spridda i kolloidala suspensioner.

Sammanfattningsvis är miceller centrala strukturer inom tensidkemi. De är avgörande för tensidernas effektivitet i en rad olika industriella tillämpningar och inom personlig vård, men kan också öka lösligheten hos oönskade föroreningar i avloppsvatten.

4. Avlägsnande av tensider i avloppsvatten

Eftersom det förekommer miceller i avloppsvatten som innehåller tensider, kräver reningsprocessen för detta avloppsvatten att micellerna destabiliseras genom korrekt koagulering i en miljö med lämpligt pH-värde.

Dessutom förekommer ofta oljor, fetter eller kolväten, vilka måste separeras tillsammans med övriga föroreningar i vattnet genom flockbildning, med tillsats av ett lämpligt polyelektrolyt.  

Separationsprocessen med upplöst luft (DAF), som SIGMADAF har stor expertis inom, är den mest lämpliga, eftersom den förutom sin höga separationskapacitet gör det möjligt att erhålla ett flytande slam med högre koncentration än andra behandlingsprocesser.

Det finns branscher som, på grund av sin verksamhet inom området tensider, kan släppa ut avloppsvatten med höga halter av föroreningar. Här följer ett exempel på en analys av avloppsvatten med mycket höga halter av tensider och andra föroreningar. 

• Tensider (≥10 mg/l)
• BOD (≥3000 mg/l O2)
• DQO (≥9000 mg/l O2)
• Fetter och oljor (≥950 mg/l)
• Aromatiska ämnen såsom fenoler (≥ 1 mg/l)
• Rengöringsmedel (≥10 mg/l)

En högeffektiv reningsanläggning för avloppsvatten som innehåller tvättmedel och andra tvålprodukter består av följande steg:

• Homogenisering och pH-justering
• Koagulering / Flockning
• Flotation med upplöst luft (DAF)
• Aerob biologisk rening
• Tertiär rening med MBR för återvinning eller utsläpp
• Uttorkning av avskiljt slam för transport till deponi.

I de flesta fall räcker ett DAF-system inte till för att uppnå lämpliga utsläpps- eller återanvändningsgränser. Därför krävs en efterbehandling bestående av en aerob biologisk reaktor och ett DAF-system med återcirkulation av aktivt slam till oxidationszonen. Om man avser att återvinna en del av eller hela det renade avloppsvattnet, är det lämpligt att installera ett membranultrafiltreringssystem (MBR).

I en anläggning för tillverkning av tensider kan föroreningshalterna och förekomsten av glycerider vara höga, varför det krävs en förhandsbrytning av emulsionen i surt medium, för att därefter koagulera, flockulera och genomföra DAF-flotation, såsom visas i följande schema:

5. Sammanfattning

Tensider är mångsidiga molekyler som spelar en avgörande roll vid rengöring, emulgering och solubilisering av ämnen, både inom industrin och i hushållet.

Avloppsvatten som innehåller tensider kan ha en stor negativ inverkan på miljön, eftersom det innehåller föroreningar som ökar lösligheten hos giftiga ämnen såsom kolväten, metaller, oljor och fetter, bland annat.  Dessutom bidrar de höga koncentrationerna av näringsämnen (särskilt fosfater) som de innehåller till eutrofiering, vilket stör syrefördelningen i vattnet och hotar det akvatiska livet på de platser där avloppsvattnet släpps ut.

De avloppsreningsanläggningar som används för att rena dessa avloppsvatten består vanligtvis av en koagulerings- och flockningsprocess för att bryta ned de miceller som bildar emulsionerna, följt av ett DAF-system (dissolved air flotation) där huvuddelen av de suspenderade fasta partiklarna och en stor del av de organiska föroreningarna (oljor, fetter och rester av rengöringsmedel) avskiljs.

Dessa DAF-flotationssystem används även som sekundära sedimenteringsbassänger efter den aeroba biologiska reningen, som används för att oxidera det organiska materialet i avloppsvattnet. Om en del av eller hela det renade avloppsvattnet ska återanvändas, används ett system med ultrafiltreringsmembran (MBR), vilket möjliggör en mycket hög reduktion av föroreningar och en avsevärd förenkling av anläggningen.

Källor och litteratur

• TENSIDER – EMULSIONER: EGENSKAPER OCH FRAMSTÄLLNINGSMETODER (1library.co)
• S302.pdf (firp-ula.org)
• Hur bekämpar man tensider i avloppsvattnet med Hipo SS5600 från Bac-asili?
•  Industriutsläpp. Tvål och tvättmedel. | PDF | Tvål | Tvättmedel (scribd.com)