SE536998C2 - Metod att optimera den kemiska fällningsprocessen i vatten-och avloppsreningsverk - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en metod att genom reglering av basisiteten i en aluminiumbaseradkoagulant optimera den kemiska fallningsprocessen i renvatten- och avloppsreningsverk.Metoden är fördelaktigt utformad så att basisiteten regleras genom att hydroxidj oner tillförs enlösning av koagulanten. Reglering av basisiteten sker in situ och är utformad så att reglering görsbaserad på data från mätningar av vattnets föroreningsgrad. En särskilt fördelaktig utföringsforrn tillförs hydroxidj oner i form av en suspension avmagnesiumoxid eller magnesiumhydroxid. I ytterligare en fördelaktig utföringsform består den aluminiumbaserade koagulanten avmonomer aluminiumsulfat eller aluminiumklorid.

Description

536 998 I en vattenlösning av monomer aluminiumlösning kan komplex med hydroxidbryggor skapas.

Med ökand basicitet får dessa komplex ökad laddning enligt tabellen nedan: OH/Ai nasicize.

A13* 0,0 0 % A12(oH);'* 1,0 33 % A113o4(0H),47* 2,5 sz % A1(OH)3(,) 3,0 100 % Komplexet AI2(OH)24+ har en kedjeform, medan komplexet AI13O4(OH)247+ har en svärisk form.

Det sistnämnda kan polymeriseras till kedjor av sfarer med formeln [A113O4(OH)247+],,_ Monomer aluminiumsulfat och aluminiumklorid framställs genom att lösa ett aluminiumhaltigt material, exempelvis aluminiumhydroxid, i syra, dvs H2SO4 respektive HCl i stökiometrisk mängd. En ökad basicitet kan erhållas genom att ett underskott av syra används vid upplösningen, vilket då kräver att reaktionen sker vid förhöjt tryck och temperatur. En ökad basicitet kan också erhållas genom att hydroxidjoner tillförs en monomer aluminiumsulfat eller kloridlösning. Aluminiumsulfat med en förhöjd basicitet benämns ofta PAS (Poly Aluminium Sulphate) och klöriden som PAC (Poly Aluminium Chloride). Monomer aluminiumsulfat tillhandahålls vanligtvis i granulform med en Al-halt av ca 8 % och monomer aluminiumklorid som en lösning med samma Al-halt. Aluminiumsulfat kan också erhållas i lösning men Al-halten är då vanligtvis ca 4 %. Polymeriserade produkter erbjuds oftast som lösning och då med ca 4 % Al för PAS och ca 8 % Al för PAC. Transportkostnaden i relation till Al-innehållet blir därför lägre för PAC än för PAS. Om man inte anser sig behöva en polymeriserad produkt är aluminiumsulfat i granulform ofiast det mest kostnadseffektiva alternativet, särskilt om förbrukningen är hög.

Användning av polymeriserade koagulanter (då främst PAC) har ökat sin marknadsandel, i huvudsak beroende på att aluminiumkomplex med en förhöjd basicitet, och därmed ökad laddning, har visat sig bättre för att reducera turbiditet i vattnet jämfört med monomera koagulanter. Partiklar (inberäknat kolloider) i vattnet är oftast negativt laddade och en laddningsneutralisering och koagulering gynnas därför av en hög laddning hos koagulanten.

Flockbildning sker också snabbare och hydroxidflockarna blir större, vilket ofla gynnar flockavskiljningsprocessen, särskilt vid låga vattentemperaturer. På vatten med en hög turbiditet kan man därför med en polyaluminiumkoagulant nå en lägre turbiditet, jämfört med samma eller högre dosering av en monomer koagulant. Dock har graden av basicitet ett optimum, eftersom en allt för hög basicitet kan orsaka att aluminiumhydroxid fälls ut innan koagulanten fördelats i hela den vattenmassa som skall fällas, dvs den blir alltför reaktiv. En annan nackdel med en hög basicitet är att utfallningen av lösta organiska föreningar försämras. Har man därför ett vatten 536 998 vars sammansättning ändras över tid, kan koagulantens basicitet behöva optimeras eñer rådande förhållanden. Ett exempel på detta är ett råvatten från en flod som vid häfiiga regn kan komma att innehålla en stor mängd partiklar (hög turbiditet), för att vid torra perioder innehålla en mindre mängd partiklar (låg turbiditet) men en högre halt av organiska ämnen. Ett annat är avloppsvatten från en pappersmassaindustri. Där kan halten organiska lösta föroreningar i avloppsvattnet vara beroende av vilken skogsråvara som för tillfället används. Förutom att styra doseringen av koagulant proportionellt mot den behandlade vattenmängden är det vanligt förekommande att doseringen även ändras med ledning av turbiditeten på utgående behandlat vatten och/eller inkommande vatten. På samma sätt kan vattnets färg eller innehåll av COD/TOC användas för styrning av doseringen.

Framställning av PAC och PAS kräver en relativt stor investering i processutrustning, eftersom dessa processeser, om de är baserade på ett underskott av syra, sker vid förhöjt tryck och temperatur. Det är också möjligt att höja basiciteten genom att tillföra hydroxidjoner. Dessa måste då tillföras i lösning eller som en suspension. Lösningen eller suspensionen späder ut slutprodukten, dvs Al-halten minskar och transportkostnaden ökar, en påverkan som saknar betydelse om processen sker in situ. Har man som producent investerat i kostsam processutrustning blir det även lönsammare att utnyttja en lägre syraförbrukning än att tillsätta en hydroxid. Eftersom produktionen är centraliserad, anpassas basiciteten efier användarnas generella behov. Det skulle av produktionstekniska och logistiska skäl inte heller vara möjligt för en producent att anpassa basiciteten etter den enskilde användarens omedelbara behov. Detta innebär att användaren bara kan påverka fällningsresultatet genom att ändra koagulantdoseringen för att möta variationer i föroreningsgrad.

Ett ändamål med uppfinningen är därför att tillhandahålla en metod som genom reglering av fallnings-pH, koagulantdosering och basicitet medför förbättrad reningsgrad, minskade driftskostnader och minskad slamproduktion.

Dessa och andra ändamål uppnås genom att man förutom reglering av fällnings-pH och koagnlantdosering också reglerar basiciteten in situ genom tillförsel av hydroxidjoner, mäter föroreningsgraden on-line samt tar hänsyn till lagrade reglerdata och vattentemperatur enligt de kännetecknande delarna av det oberoende kravet.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser en metod att optimera den kemiska fällningsprocessen i vatten- och avloppsreningsverk vid användning av aluminiumbaserade koagulanter. Optimeringen omfattar föroreningsgrad i klarvattenfasen etter fallning, drittskostnad och slamproduktion. Detta åstadkomms genom en reglering av parametrarna fällnings-pil, aluminiumtillsats och basicitet.

Basiciteten regleras in situ genom att hydroxidjoner tillförs en lösning av koagulanten. 536 998 Föroreningsgrad, pH och vattentemperatur mäts on-line. Även lagrade reglerdata och vattentemperatur används vid optimeringen.

I en särskilt fördelaktig utföringsform mäts föroreningsgraden genom analys av någon eller några av parametrarna turbiditet, färg, Al-resthalt, fosfor, COD och TOC.

Kort beskrivning av figuren Figur 1 beskriver en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

Beskrivning av föredragen utföringsform Beskrivningen i texten hänvisar till figur 1. Enligt uppfinningen utnyttjas befinlig utrustning för dosering av koagulantlösning (1), dvs den dosering som tidigare skett direkt till det vatten eller avloppsvatten som skall fällas kemiskt. Koagulantlösningen (l) förutsätts innehålla ett aluminiumsalt, exempelvis monomer aluminiumsulfat eller aluminiumklorid, altemativt en PAC eller PAS lösning med låg basicitet. Lösningen leds till ett reaktionskärl (2). Tillförd flödesmängd och aluminiumhalt skall vara känd. Till reaktionskärlet tillförs kontinuerligt även en lösning (3) eller suspension innehållande OH-joner. Lösningen/suspensionen består exempelvis av natrium-, kalcium- eller magnesiumhydroxid. Att höja basisiten på en monomer aluminiumprodukt genom tillförsel av hydroxidjoner i form av exempelvis natrium- eller kalciumhydroxid kan vara svårt, eftersom dessa är så reaktiva att utfällning lätt sker av Al(OH)3.

Mindre reaktiv är magnesiumhydroxid (Ksp 1,5 x 1041) som därför blir enklare att använda som hydroxidkälla. Företrädesvis används enligt uppfinningen en suspension av magnesiumhydroxid alternativt magnesiumoxid som vid blandning med vatten hydrolyseras till magnesiumhydroxid.

Suspensionens halt av OH-joner skall vara känd och hållas konstant. Flödet av suspensionen (3) till reaktionstariken regleras så att mängden tillförda OH-joner motsvarar den önskade basiciteten hos de aluminiumhydroxidkomplex som bildas då lösning (l) och suspension (3) blandas och får reagera. Blandningen av lösning och suspension sker med hjälp av en intensivomrörare (4) placerad i reaktionskärlet. Den färdiga lösningen (5), innehållande polymera aluminiumkomplex, leds till reningsanläggningen där den blandas med det vatten (6) som skall renas med kemisk fällning. Detta sker, som tidigare, vanligtvis i en inblandningstank (7) försedd med en intensivomrörare (8). I denna tank bildas mikroflockar vilka i efterföljande flockningstank(ar) (9) utbildas till större flockar. F lockningstanken(arna) är vanligtvis försedda med en långsamgående flockningsomrörare (10).

Med rådande teknik väljer användaren den koagulant som erfaringshetsmässigt över tid ger det bästa reningsresultatet (och lägsta driftskostnaden) i förhållande till koagulantdoseringen. (g Al/m3). Av detta skäl väljer man en koagulant som antingen kan vara monomer eller ha en 536 998 viss basicitet. Koagulantdoseringen justeras, antingen manuellt eller automatiskt, beroende på reningsresultatet. För att få en snabb och enkel indikation på reningsresultatet kan man kontinuerligt mäta färg och/eller turbiditet i vattnet efter flockavskiljning. Reningsresultatet kan även mätas genom att analysera COD eller TOC. Dessa mätresultat kan också kompletteras med mätningar på inkommande vatten, vilket kan ge en tidig indikation på att koagulantdoseringen kan behöva justeras. Därmed är koagulantdoseringen den enda parameter man kan variera för att påverka reningsresultatet. Uppfinningen innebär att man inför en andra variabel parameter: koagulantens basicitet. Som tidigare anförts ger en ökad basicitet, vid samma eller lägre koagulantdosering, generellt en lägre turbiditet men en särnre reduktion av lösta organiska ämnen. En fördel är vidare att basicitetet inte lämnar något bidrag till slamproduktionen, vilket koagulanten gör. En ökad aluminiumhydroxidhalt i slammet gör det också mer svåravvattnet vilket bidrar till en ökad kvittblivningskostnacl. Vattentemperaturen kan påverka koagulantdoseringen, vilket kan ske vid exempelvis rening av råvatten i tempererade klimatzoner. Styrning av fällningsprocessen, så att basiciteten ökas vid en fallande vattentemperatur, kan då vara en fördel även om temperaturförändringen ofia är långsam.

Kostnad för hantering (avvattning) och kvittblivning av slam har tidigare inte varit en primär faktor vid kalkylering av driftkostnaden, då denna styrts av nödvändigheten att anpassa koagulantdosen efter ställda reningskrav. Renhetskravet på behandlat vatten, liksom föroreningshalt och typ av förorening i det orenade vatten, ställer olika krav på den kemiska feillningen. Dessa variationer kan vara svåra att möta enbart genom att justera koagulantdoseringen och kan leda till en överdosering av koagulant eller ett sämre reningsresultat.

Tillförs hydroxid för att öka basiciteten innebär detta en ökad driftskostnad, såvida inte samma mängd hydroxid tidigare doserats direkt till vattnet för att upprätthålla ett optimalt flocknings pH. Tillsats av hydroxid för pH justering är vanligt förekommande vid höga doseringar av koagulant och vid låg buffertkapacitet i vattnet. Det bör påpekas att dosering av hydroxid till en kraftigt utspädd koagulant inte ger en polymerisering av denna, vilket blir fallet när koagulanten redan är tillförd det vatten som skall renas. Ett dataprogram, där användarens aktuella kostnader för hydroxid, koagulant och kvittblivning av slam matas in, ger svar på var brytpunkten ligger mellan en ökad, respektive minskad, basicitet kontra en ökad, respektive minskad, koagulantdosering. Att nå ställda reningsskrav är givetvis överordnat drifiskostnaden.

Vidare kan samma program hantera data från föroreningsmätningar och vattentemperatur och därefter reglera basicitet och koagulantdosering så att ett optimalt reningsresultat erhålls. Då varje enskilt vatten ofia har specifika flockningsegenskaper och kraven på behandlat vatten är olika, så måste erfarenhetsvärden avseende dessa egenskaper och ställda reningskrav inkluderas i programmet.

Uppfinningen ger med stöd av ovan en överraskande möjlighet att optimera driftsforhållandena vid kemisk fällning och minska miljöbelastningen.

Claims (2)

536 998 Krav

1. l. Metod att optimera den kemiska fallningsprocessen i vatten- och avloppsreningsverk vid användning av aluminiumbaserade koagulanter, kännetecknad av att optimeringen, som innefattar klarfattenfasens fororeningsgrad efter fallning och slamavskiljning, driflskostnad och slamproduktion, uppnås genom reglering av fallnings-pH, aluminiumtillsats och basicitet, där basiciteten regleras in situ genom att hydroxidjoner tillförs en lösning av koagulanten, och där fororeningsgrad, pH och temperatur mäts on-line i inkommande orenat vatten och/eller i klarvattenfasen och där regleringen även tar hänsyn till lagrade reglerdata och vattentemperatur.

2. En metod enligt krav 1, kännetecknad av att mätningar av fororeningsgrad sker genom att mäta någon eller några av parametrarna turbiditet, farg, COD, TOC, aluminium och fosfor.