Rensing av avløpsvann PDF

Preview

Summary

Oppgave om rensing av avløpsvann...

Description

Rensing av avløpsvann

1 - Sammendrag I denne oppgaven skal vi se på prosessene i et renseanlegg beregnet for avløpsvann. Dette gjør vi for å gi en oversikt av hvilke prosesser som utføres og hva slags nyttefunksjon de har. Oppgaven tar først for seg litt av historien til rensing av avløpsvann, deretter ser vi på de meste brukte analyse metodene og de tre mest sentrale behandlingsprosessene i et moderne renseanlegg. Avløpsvann kommer man ikke foruten. Dersom man ikke hadde renset avløpsvannet i ville det ført til store negative konsekvenser, spesielt i dagens samfunn hvor det er stor befolkningstetthet. Både mennesker, dyr og miljø ville fått problemer. Fra tidligere tider har en sett hvilke konsekvenser det kan få, noe denne oppgaven sier litt om. Det finnes mange ulike renseanlegg. De varierer blant annet etter hvor de er plassert, hvilken kapasitet det skal ha og etter prisklasse. Spesielt i den mekaniske renseprosessen finnes det svært mange ulike løsninger. I denne oppgaven vil man få en generell oversikt over de mest vanlige formene for mekanisk rensing med fordeler og ulemper hos de forskjellige. Avløpsvann er ikke bare noe som en helst ønsker i å bli kvitt. I denne oppgaven vil en også se at det i behandlingsprosessen dannes mye slam som er en ressurs! Oppbevarer man slammet i en lukket tank vil det dannes metan, en gass som inneholder mye energi og kan brukes til energiproduksjon. I tillegg kan slammet som ligger igjen brukes i jordbruk. Oppgaven tar også for seg en biologisk prosess som fjerner organisk stoff fra avløpsvannet. Det er flere faktorer som må vurderes om hvilken type prosessoppsett som velges. I oppgaven vill de ulike metodene forklares og illustreres. Flere biologiske prosesser skjer ved hjelp av kjemiske fellingsmiddler for å gjøre prosessene raskere. Den biologiske prosessen er blant annet dinitrifikasjon og fosfor fjerning. Det vil også skrives om hvordan fosfor kan fjernes kjemisk, og hvilke metoder som blir brukt for å fjerne de aller minste partiklene som ikke er ønsket i vannet, der UV-stråling er sentralt innen dette temaet.

1/20

Innholdsfortegnelse 1 - Sammendrag……………………………………………………………..……………..1 2 - Historien til avløpsrensing………………………...…………………………………3 3 - Analyse av avløpsvann……………………………………….……………………....4 3.1 Analyse metoder……………………………………………………………......4 3.2 Patogener…………………………………………………………………….....5 4 - Primær behandling……………………………………………………………………6 4.1 Grov gjennomgang av prosessen…………………………………………....6 4.2 Mekanisk rensing…………………………………………………………..…..7 4.3 Sandfang…………………………………………………………………...….10 4.4 Sedimenteringstank……………...………………………………………...…10 5 - Sekundær behandling……………………………………………………………….11 5.1 Generelt om biologisk rensing……………………………………………….11 5.2 Aktivslam og biofilm……………………………………………………….......11 5.3 Anaerobprosess……………………………………………………………….13 5.4 Litt om dinitrifikasjon……………………………………………………...…..13 5.5 Forsfor fjerning……………………………………………………………..….14 6 - Tertiær behandling………………………………………………………………...…15 6.1 Generelt………………………………………………………………………...15 6.2 Nitrogen og fosfor fjerning……………………………………………...…….15 6.3 Disinfisering …………………………………………………………………...16 7 - Oppsummering………………………………………………………………………..18 8 - Referanseliste…………………………………………………………………………19

2/20

2 - Historien til vannavløpsrensing Selve behandlingen av avløpsvann er en moderne praksis. I eldre sivilisasjoner, f.eks. i Romerike og Mesopotamia, fantes det kloakksystemer som førte vekk illeluktende og skittent vann fra byene til nærliggende elver, innsjøer eller havet. I dag har man forstått at dette bare flytter problemet fra et sted og til et annet.1 Det moderne kloakksystemet kom gradvis i flere storbyer rundt 1800-tallet.1 Det var en reaksjon til den økende industrien og urbaniseringen. Den tettere folkemengden førte til økende sjanse for epidemier i og utenfor byene ettersom det ble vanskelig å dumpe kloakken et sted hvor ingen ville ha fare av at den var der.2 Problemene som oppsto ble raskt avdekket, men det tok en del tid og forsking for å løse dem. Man forsto at man måtte rense vannet før det ble sluppet ut. Dette ble starten på den moderne avløpsvann behandlingen som i dag blir brukt over helle verden i varierende former og metoder.

3/20

3 - Analyse av avløpsvann Avløpsvann består hovedsakelig av menneskelig avfall, svartvann(kloakk) og gråvann som er vann fra vasken, vaskemaskinen, dusjen og matlaging, ofte vill vann bruk i industrier også gå under denne kategorien. Før vannet blir sendt igjennom et renseanlegg blir det gjort tester for å finne ut hvor mye organisk materiale det er i vannet.2

3.1 - Analysemetoder Mengden organisk materiale bestemmer graden av biologisk rensing som trengs. Metodene mest brukt i dag er Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Total Organic Carbon (TOC) og Total Oxygen Demand (TOD). En av hoved oppgavene til et renseanlegg er å redusere BOD, som kan være i faste- eller løst opp materiale.2 BOD involverer beregning av oppløst oksygen tatt opp av mikroorganismer i den biokjemiske oksidasjonen av organisk materiale. BOD er spesielt viktig i avløpsrensing og vannkvalitets beregning fordi den beregner mengden oksygen som er nødvendig for å biologisk stabilisere det organiske materiale.3 Normalt gjøres det flere BOD tester for å få alle mulige verdier for BOD. Dette gjøres ved en BOD5-test som leses som 5 dagers BOD test. Her beregnes mengden oksygen tatt opp av det organiske materiale over en 5 dagers periode. Porsjoner av avløpsvannet blir plassert 300ml flasker og flere fortynninger blir brukt for å få flest mulig verdier og et mer nøyaktig slutt resultat. Ofte må fortynningen bestå av tilstrekkelig mengder næringsstoffer og oksygen for å være tilgjengelig i inkubasjons perioden.2 COD blir brukt til å beregne mengden oksygen som er nødvendig for å oksidere all organisk karbon til CO2 og H2O. Testen utføres med Kaliumdikromat som er et sterkt oksiderende stoff.2 Testen må utføres under en forhøyet temperatur. Ofte trengs det en kalalysator(sølv og sulfat) for å hjelpe til med oksidasjonen til noen typer organiske komponenter. CaHbOc + Cr2O72-+ H+ -->Katalysator og varme--> Cr3++ CO2 + H2O Det er viktig å vite at noen uorganiske komponenter kan forstyrre testen og må dermed bli eliminert på forhånd. For mange typer avfall kan COD bli korrelert med BOD. Dette kan være svært nyttig fordi COD kan bli bestemt innen 3 timer, i forhold til BOD med 5 dager. COD blir ofte brukt for kontroller av renseanlegg.3

4/20

TOC beregner også ut mengden organisk materiale og er spesielt aktuell for små konsentrasjoner av organisk materiale. Testen blir utført ved å varme opp materiale slik at det oksiderer etterfulgt av en måling av karbondioksid med hjelp av infrarød analyse.2 TOD beregner også mengden organisk materiale (slik som COD og TOC). I denne testen blir organisk materiale og til en liten grad også uorganisk, konvertert til et stabilt slutt produkt via en platina-katalysert forbrenningskammer. TOD blir bestemt ved å overvåke oksygeninnholdet i en nitrogen bærendegass. Denne testen kan bli gjort raskt og har i noen tilfeller blitt korrelert med COD. 2

3.2 - Patogener Patogener i avløpsvann, sykdomsfremkallende mikroorganismer, kommer fra avføring fra mennesker og dyr. Følgende faktorer spiller en rolle i konsentrasjonen patogener til en vær tid.2 ●

Forekomsten av smittede i samfunnet

●

Den sosioøkonomiske statusen til befolkningen

●

Tiden på året

●

Per innbyggers vann forbruk

Tabellen viser konsentrasjon av patogener i normalt funnet ubehandlet avløpsvann. Konsentrasjonen av patogener er høyere i utviklingsland enn i industrialiserte. Kommer av at den generelle hygienen er høyer i industrialiserte land enn utviklingsland, for eksempel så er den gjennomsnittlige konsentrasjonen av tarmvirus i USA antatt å være 10^3 per liter mens konsentrasjoner som 10^5 har blitt observert i Afrika og Asia.2

Figur 3.1 Patogener funnet i vann2

5/20

4 - Primær behandling 4.1 Grov gjennomgang av prosessen Primær behandling kan sees på som et forbehandlings-trinn hvor en fjerner komponenter som kan føre til problemer i senere behandlingstrinn. Denne forbehandlingen kan bestå av enheter som kverner, rister, siler, sand- og fettfang. Prosessene fanger i hovedsak opp det som kan det som kan fjernes fra vannet innen rimelig tid. For eksempel i en sedimenteringstank hvor slam avsettes relativt raskt av seg selv sammenlignet med biologisk rensing hvor oppholdstiden i sedimenteringstanken er relativt lang. 4 Figuren under viser et eksempel på hvordan de ulike delene i den primære behandlingsprosessen kan se ut. Her renner avløpsvannet først gjennom en grov rist. Risten fanger opp grovere materiale som for eksempel Q-tips, bleier, bind og mer. Dette samler seg opp ved risten og blir fjernet ved hjelp av ulike måter for mekanisk rensing. I et renseanlegg brukes fall til å få vannet til å gå gjennom de ulike prosessene. Derfor brukes det i endel renseanlegg en pumpe til å få vannet opp på et høyere nivå. Deretter havner vannet i en tank hvor sand og lignende blir fjernet før det havner i en sedimenteringstank. I denne sedimenteringstanken fjernes slammet som avsettes innen rimelig tid. 5

6/20

Figur 4.1: Primær behandling av avløpsvann6

4.2 Mekanisk rensing Som nevnt over heter det første trinnet i den primære behandlingsprosessen, mekanisk rensing. I dette behandlingstrinnet renner vannet gjennom grove siler for å beskytte pumper, ventiler, rørledninger og annet utstyr fra skade eller tilstopping av filler og store gjenstander. Grove rister ligger alltid før de fine silene for å beskytte dem mot skade fra større gjenstander. Industrielle renseanlegg trenger ikke alltid grove siler fordi større gjenstander ikke forekommer i dette vannet. Det grove materialet blir deretter renset bort enten manuelt eller mekanisk.7 Noen steder renser man de grove ristene manuelt ved bruk av rake. De stedene man gjør det manuelt er først og fremst på små og mellomstore renseanlegg. Ofte renser man også manuelt dersom det er en teknisk feil på systemet. Rister man må rense selv er allikevel mindre praktiske og mest benyttet som en reserveløsning. Årsaken er at disse krever mer bemanning og en får ikke renset ristene like regelmessig, noe som øker risikoen for tilstopping.7 Kanalen som leder vannet bort til risten i et manuelt renset system bør være slik at tunge materialer ikke hoper seg opp i forkant av risten. Det er derfor viktig at kanalen har helning som fører vannet og materiale helt

bort til risten. I tillegg må en passe på at underlaget er glatt slik at slam ikke fester seg på bunnen.7 De mekaniske ristene har utviklet seg mye gjennom årene for å redusere drifts- og vedlikeholdsproblemer og for å øke kapasiteten. De fleste nyere rister bruker materialer som tåler mer og som er mindre utsatt for korrosjon, inkludert rustfritt stål og mer bruk av plast. Det er fire hovedtyper av mekaniske rister. Det er en kjededrevet, en annen består av en rake som opp og tilbake, en tredje består av en tung vaier som henger i en u form, og den fjerde et belte som går kontinuerlig.7

Kjededrevet rist Mekaniske kjededrevene rister kan deles inn i ulike kategorier avhengig av om de renser foran seg, eller drar det med seg. Begge typene har sine fordeler og ulemper, selv om de i utgangspunktet fungerer nokså likt. De som dytter slammet ned under raken er mer effektive med tanke på å fange opp og ta slammet med seg, men ved denne metoden setter ting seg lettere fast under raken, spesielt dersom det er en gjenstanden er stor. I skjermer som drar avfallet med seg opp og over raken kan ruske lette dette ned igjen. 7

Rist med rake Denne er en konstruksjon som i hovedsak består av to deler. Den ene delen er en statisk rist som avløpsvannet renner gjennom. Etterhvert hoper det seg opp endel graps foran risten. Den andre delen er da en rake som starter fra bunnen og drar med seg slam opp til en beholder. Denne raken beveger seg kontinuerlig opp og ned, men skraper kun inntil risten på veien oppover. Bevegelsen etterligner en arbeider med rive som kunne gjort det samme.7 Vaier hengende i U-form Denne typen funger slik at en tung kjetting med raker går over risten og dytter avfall opp og med seg opp til en enhet som samler opp avfallet. Konstruksjonen er så tung og stor at det takler det meste. Samtidig er det slik at hvis noe skulle kile seg fast passerer det bare over, på den måten unngår man forskyvning og ødeleggelse av konstruksjonen.7 8/20

Det kontinuerlige beltet Det kontinuerlige beltet er et kontinuerlig selvrensende belte som kan brukes til å fjerne både fint og grovt slam. Et stort antall med raker er festet til kjeden. Fordi en kan variere størrelsen på risten kan den brukes til både å rense grovt og finere slam. Hvis den brukes til å rense fint slam takler den allikevel grove materiale som pinner og filler.7 Hvilke type rister som blir brukt avhenger av flere faktorer som størrelse på renseanlegget, hva vannet inneholder og kostnader og om det er enkelt eller vanskelig å drive vedlikehold. Nedenfor finner du en tabell med beskrevne rister og fordeler og ulemper.7

Type rist

Fordeler

Ulemper

Kjededrevet renser foran/ med seg tilbake

Flere renseelementer Brukes for tunge arbeidsoppgaver

Delene ligger i kloakken. Ved vedlikehold må tanken tømmes. Ikke så effektiv.

Kjededrevet renser foran/ foran tilbake

Flere renseelementer Tar med seg det meste av slammet.

Delene ligger i kloakken. Ved vedlikehold må tanken tømmes. Delene som ligger i vannet (kjede, tannhjul og aksler) blir lett utsatt for belegg som gror på dem.

Kjededrevet med seg/ med seg tilbake

Flere renseelementer Delene som ligger i kloakken er beskyttet av den grove risten.

De lange bladene brekker lettere. Endel slam ligger lettere igjen.

Stempel rake

Ingen bevegelige deler ligger i vann. Dette gjør vedlikehold mye lettere. Takler større objekter (f.eks. murstein, dekk, osv.) Tar med seg det meste av slam. Lave drifts- og vedlikeholdskostnader. Bruk av rustfritt stål fører til lang holdbarhet.

Krever mer takhøyde enn andre rister. Bruker lang tid på en runde. Opphopning av slam foran raken kan føre til at den stopper. Relativt dyr konstruksjon.

9/20

Vaier hengende i U-form.

Belte

Tannhjulene ligger ikke i vannet. Det meste av vedlikeholdet kan gjøres uten å tømme tanken. Krever liten takhøyde. Bruker liten tid på en runde (mange elementer som rengjør). Takler stor objekter. Svært lite slam blir liggende igjen.

På grunn av den tunge konstruksjonen er kjedene tunge og vanskelige og håndtere.

Det meste av vedlikehold kan gjøres fra gulvet over konstruksjonen. Konstruksjonen setter seg ikke fast.

Det er vanskelig å bytte ut deler, tidkrevende og dyrt.

Forskyvning og vridning kan oppstå hvis vaieren låser seg fast. Fordi det ikke er lukket kan det gi endel lukt.

10/20

4.3 Sandfang Etter at vannet har passert en rist er det vanlig med et sandfang, altså en eller annen form for tank som samler opp sand og lignende. Det er fordi sand kan forårsake skade på pumper og rør og slamhåndteringsutstyr. Tar man ikke bort sand vil heller ikke slammet i en sedimenteringstank inneholde like stor andel organisk materiale. På grunn av dette er sandfjerning nødvendig i de fleste renseanlegg.8 En måte å fjerne sand fra avløpsvannet er å la vannet ha en lav nok strøm slik at sand får tid til å synke på bunnen samtidig som organisk materiale holdes suspendert av luft. Luften pumpes i bunnen av tanken slik at det stiger opp slik at det organiske materiale ikke synker til bunns. En kan også fjerne sand ved tank som lager en virvelstrøm. En virvelstrøm i tanken vil før til at sand samler seg bunnen mens renere vann vil legge seg ytterst i virvelstrømmen og gå videre til neste trinn som er en sedimenteringstank.8

4.4 Sedimenteringstank Den neste tanken kalles en sedimenteringstank. Her er strømmen så lav at det meste av partikler får tid til å synke til bunns og sedimentere seg. De fleste sedimenteringstankene er enten runde eller rektangulære. På overflaten av vannet i tanken legger det seg et lag med skum. Dette skumlaget består av blant annet olje, fett og fine plastbiter. På grunn av en fysisk sperre renner ikke dette skummet videre i prosessen men hoper seg opp. Skummet blir samlet opp av en form for rake som går på overflaten og samler opp skummet før det tas bort. Det som ikke flyter er først og fremst biologisk materiale som synker til bunns og sedimenterer seg.8 Det biologiske materiale som synker til bunns og sedimenterer seg blir til slam. Dette slammet blir samlet opp puttet i tanker hvor det dannes metangass. Deretter blir restene av slammet brukt til andre formål. Slammet inneholder endel humus som holder godt på vannet og er derfor godt egnet til plantejord. Slammet inneholder også endel næringsstoffer som nitrogen, fosfor og mikronæringsstoffer som gjør at en bonde som bruker slammet i sin jord ikke trenger bruke like mye kunstgjødsel. Det er også strenge restriksjoner på hvor mye tungmetaller og miljøgifter slammet får inneholde. Hvor mye slam man kan bruke reguleres derfor etter hvor mye miljøgifter og tungmetaller det inneholder. I dag er verdiene i Norge langt under det som er satt som grense av EU.4

11/20

5 - Sekundær behandling 5.1 Generelt om biologisk rensing Den biologiske prosessen i et vannrenseanlegg kan hovedsakelig deles opp i to typer; aerob og anaerob. Forskjellen på de ulike prosessene er at aerob er med oksygen, mens anaerob er uten. Hensikten med biologiske renseprosesser er å gi bakterier de rette betingelser for å bruke stoffer fra avløpsvannet som næring slik at det omdannes eller brytes ned. Disse gruppene kan også deles inn i to ulike metoder: Aktivslamanlegg og biofilmanlegg. Den biologiske renseprosessen er først og fremst til for å fjerne løst organisk stoff, men den fjerner også partikulært organisk stoff. I aerobe prosesser omdanner mikroorganismer organisk stoff til karbondioksid og vann med forbruk av oksygen. Prosessen gir organismene energi som brukes til cellevekst, hovedproduktene av den biologiske rensingen blir dermed renset vann og slam. 9 I et biologisk renseanlegg ser vi ofte på organisk belastning/slambelastning og slamalder for å finne ut graden av nitrifikasjon og dimensjonere anlegget riktig. Slambelastningen er forholdet mellom organsik stoff tilført per tidsenhet og biomassen tilgjengelig for nedbrytning av det organiske stoffet. Slamalderen er forholdet mellom biomasse og slamproduksjon. Tiden vannet tar i den biologiske prosessen varierer svært mye ut ifra hvilken type prosess som blir brukt. I et aktivtslamanlegg som er det mest vanlige, brukes 4-5 timer på å bryte ned det organiske stoffet i vannet, deretter 2-3 timer for å skille slam og vann. 4 5.2 Aktivslam og biofilm I et aktivslamanlegg er bakteriene frittsvevende i bioreaktoren, bakteriene er flokkulert sammen. Slamfnokkene blir separert i senere trinn og slam blir pumpet tilbake i luftetanken for å kunne opprettholde høy slamkonsentrasjon, høy slamalder og dermed lav slambelastning. 4 I anlegg med fastsittende bakteriekultur formerer bakteriene seg på flatene i bioreaktoren som bakterier kan feste seg på. Ved et aerobt anlegg tilføres det oksygen ved lufting slik at oksygenet bakteriene forbruker blir erstattet. Om det er et aktivslamanlegg eller biofilmanlegg må slammet skilles fra vannet i en seprasjons-reaktor. I en vurdering av den biologiske prosessen er slamproduksjon og renseeffekt avhengige av organisk belastning i

12/20

bioreaktoren(aktivslam eller biofillm) i tillegg til belastning i slam seprasjons-reaktoren. 4

(Eksempel på prosessutforming)4 Renseanlegg som bruker biofilm har en annen type bioreaktor hvor bakteriene vokser i en biofilm som vokser på faste flater på et bærem...