Dosering av flockningsmedel utgör ett snabbt sätt att öka kritiskt permeat flux i en anaerob MBR. Vid en engångsdosering av polymer kan en fördubbling av kritiskt flux uppnås under en begränsad tid.
Av: Bengt Andersson
Membranbioreaktorer (MBR) är en process som kommit till stor tillämpning inom avloppsvattenreningen. Processen utvecklades först som en aerob process men på senare tid har även anaeroba processer börjat användas i fullskala. En svårighet med MBR oavsett driftsform är att upprätthålla en tillräcklig kontroll av driften med avseende på igensättning av membranen och trots många ansatser och idéer har ingen hållbar lösning kommit fram.
Igensättning av membranen resulterar i ett lägre permeat flux och detta är mer markant vid anaeroba processer beroende på lägre filtrerbarhet hos slamsuspensionen och behovet av att upprätthålla högre slamhalter i reaktorn på grund av läge specifik aktivitet i slammet vid anaeroba förhållanden.
Deposition av partiklar på membranytan tycks vara en kritisk faktor för möjligt permeat flux, vilket har att göra med slamsuspensionens egenskaper, membrankarakteristik och driftförhållandena. Tillsats av flockningsmedel (polymerer) kan minska igensättningsproblematiken genom minskning av koncentrationen lösta mikrobiella produkter och förändra partikelstorleksfördelningen hos biomassan. Tillsats av flockningsmedel har använts med framgång i aeroba MBR men inga erfarenheter har rapporterats för anaeroba processer.
Syftet med refererad undersökning var att värdera tillsats av olika flockningsmedel som ett alternativ för att uppnå ett temporärt bättre permeat flux i en anaerob MBR.
Genomförande av undersökningen
6 olika produkter testades (3 katjonpolymerer, 2 utvecklingsprodukter och 1 kombination av polyakrylamid och natriumakrylat). Produkterna utvärderades i tre steg.
Det första steget var ett s.k. dead-end filtreringstest, där flödet genom membranet hölls konstant genom pumpning och där inget avsatt material togs bort från membranet. Under testet bestämdes det specifika kakmotståndet (a) vid olika transmembrantryck (TMP). Testet är ett vanligt och enkelt test för bestämning av a-värdet. Bestämningarna gjordes vid olika doseringar av produkterna.
I det andra steget valdes de två bästa produkterna från det första steget och krossflödesfiltreringstest användes för att bestämma eventuell ökning av permeat flux genom ett rörformigt membran. Erforderligt TMP upprätthölls med hjälp av vakuum på utloppet av membranet. Kritiskt flux bestämdes vid olika dosering av polymer.
Det båda första stegen genomfördes med ett slam från en UASB-reaktor i fullskala som behandlade ett bryggeriavloppsvatten. Slammet genomgick en mekanisk disintregration före försöken. Slamhalten i försöken uppgick till cirka 9 g TSS/l.
I det sista steget testades den bästa produkten genom drift av en anaerob MBR (AnMBR) i en laboratoriereaktor och med en extern modul med ett rörformigt membran i modulen, där slamrecirkulation skedde mellan reaktorn och membranmodulen. I detta steg användes ett syntetiskt avloppsvatten bestående av acetat och pepton i ett COD-mängdförhållande av 70/30 % och där näringsämnen även tillsatts. Slamhalten i reaktorn uppgick till cirka 28 g TSS/l. Försöken genomfördes under drygt 60 dygn och flockningsmedlet tillsattes en gång försöksdag 22.
Resultat
Resultaten från försöken har kortfattat sammanfattats i det följande.
De inledande försöken visade att samtliga produkter reducerade a-värdet. Testade doseringsnivåer varierades mellan 0 och 900 mg/l vid en slamhalt av 9 g TSS/l. Slammet utan dosering hade ett a-värde av 5,2*1013 m/kg. Två av katjonprodukterna visade bäst resultat med ett a-värde i storleksordningen 1*1011 m/kg vid lägst dosering (300 mg/l) och dessa produkter valdes för fortsatta försök.
Krossflödesfiltreringsförsöken visade att slammet utan polymerdosering hade ett kritiskt permeat flux av cirka 12 l/m2*h. Dosering av 300 mg/l polymer visade för den ena produkten att en fördubbling av kritiskt flux uppnåddes (knappt 25 l/m2*h). Med den andra produkten vid samma dosering halverades kritiskt permeat flux till cirka 7 l/m2*h. Anledningen till minskningen var att flockarna blev stora under försöket och slogs ihop med varandra vid membranväggen. Effekten kunde i viss mån tillskrivas försöksutformningen.
Återstående produkt testades med ett slam som avvek kraftigt från det första genom den högre slamhalten 28 g TSS/l. Nya bestämningar av a-värdet vid olika dosering visade att en dosering av 300 mg/l var otillräcklig och att effekten av en ökad dosering klingade av först vid 1500 mg/l. Reduktionen av a-värdet vid den högre doseringen uppgick till drygt två tiopotenser.
Under de första tre veckorna utan polymerdosering uppgick kritiskt flux till mellan 4 och 5 l/m2*h. Dag 22 gjordes en engångstillsats av polymer och det kritiska flödet ökade till omkring 40 l/m2*h. En minskning skedde emellertid direkt och efter cirka 2 dygn hade det minskat till cirka 20 l/m2*h. Därefter skedde en kontinuerlig minskning under återstående 4 veckors försök troligen på grund av sönderslagning av flockarna och mot slutet var kritiskt flux samma som det ursprungliga 4 – 5 l/m2*h. Flux var dock stabilt över 10 l/m2*h under ner än två veckor efter doseringen, vilket motsvarande en fördubbling. COD-avskiljningen var stabil mellan 98 och 99 % under hela försöket. Inget slam togs ut under försöket, vilket medförde att slamhalten ökade från 28 till 34 g TSS/l. Membranmotståndet ökade under försöket med en igensättning av membranen, som inte kunde förhindras genom de r3egelbundna spolrutinerna. TMP var dock tämligen lågt och understeg 100 mbar under hela försöket.
På grund av försöksuppställningen kunde inte en mer regelbunden dosering av polymer värderas och ytterligare undersökningar erfordras för att belysa detta.
Slutsatser
Följande slutsatser kunde dras av undersökningen:
- Användning av flockningsmedel som polymerer är ett snabbt och effektivt sätt att åstadkomma en tillfällig ökning av kritiskt permeat flux kritiskt även vid en anaerob MBR-process.
- Mer undersökningar och utveckling erfordras för att bestämma möjlig periodiciteten av tillsatsen av flockningsmedel.
Källa: H. Diaz, l: Azócar, A. Torres, S.I.C. Lopes, D. Jeison. Use of flocculants for increasing permeate flux in anaerobic membrane bioreactors. Water Science&Technology 69.11 (2014) pp 2237 – 1292242.
Hela artikeln från Water Science&Technology finns att köpa här.
