I Iowa söker man uppgradera biodammar för att klara ammoniumutsläpp i kallt klimat. Här presenteras effekterna på främst kväveutsläpp av dränkta biofilter efter luftade biodammar. Två sådana biosteg sattes in vilket klarade ammoniumkraven med (onödigt) god marginal och en mer precis dimensionering efterlystes.
Av: Jörgen Hanaeus
För att klara ammoniumkrav vid låga temperaturer (ca +1 till+10 ºC) i utgående avloppsvatten från luftade biodammar har en påbyggnad med dränkta biofilter i två steg provats; även dessa luftade. Detta system klarade att separera 95 % av inkommande ammoniumkväve och huvuddelen avskildes i de dränkta biofiltren.
I den två och ett halvt-åriga studien klarlades också att biofiltren var överdimensionerade för ändamålet. Om filter två ej installerats, skulle det första givit endast fyra mindre överskridanden av ammoniumhalten under mätperioden. Noggrannare dimensioneringsunderlag efterlystes därför.
Bakgrund
Höga ammoniakhalter i recipienter kan ge fiskdöd, varför en effektiv avloppsvattenrening krävs.
För att reducera ammoniakutsläpp från avloppsverk är biologisk nitrifikation vanlig. När vattentemperaturen sjunker under + 10 ºC blir denna process allt känsligare och kräver noggrann kontroll. Detta är svårt att utföra i ett dammsystem, där hydrauliken är passiv; alltså inte enkel att korttidsreglera.
I USA är många av de ca 8 000 systemen med avloppsdammar som finns, utsatta för låga temperaturer under delar av året och det är alltså viktigt att hitta alternativa sätt att separera ammoniak i avloppsvattenbehandlingen.
Ett lovande förslag från områdeslitteraturen ansågs vara att lägga till dränkta biofilter som slutsteg i dammbehandlingen. Biomassan har visats reducera ammonium med relativt korta hydrauliska uppehållstider. Därför har systemet biodamm plus dränkt biofilter testats i full skala. Iowa ansågs vara en lämplig försöksregion pga låga vintertemperaturer och med 548 dammsystem där behov av förbättrad kvävereduktion föreligger.
Material och metod
I Walker, en liten stad i östra Iowa med 791 invånare, uppgraderades en fakultativ biodamm genom uppdelning i tre mindre dammar följda av två par av dränkta biofilter. De två första dammarna var luftade, medan den tredje dammen användes till främst sedimentering. Därifrån fördelades vattnet lika till det följande paret av dränkta och (för att uppnå nitrifikation) luftade biofiltren. Från dessa sammanfördes effluenterna och fördelades lika till nästa par dränkta biofilter. Avslutningsvis passerade vattnet en UV-enhet för desinfektion.
I kortare perioder fördes avloppsvatten från den första biodammen till biofiltren för att stimulera biomassan i dessa.
Volymen för biofiltren var 1,7 *9.6*53,3 m3, vilket gav en hydraulisk uppehållstid av 13,5 h. Filtren hade porositeten ca 38 %, via fyllkroppar med 4 cm diameter till 1,4 m höjd, och var påbyggda med 0,3 av isolerande kompost. Varje filter fick en biofilmyta av 56 000 m2 vilket gav en belastning på denna yta av mellan 0,007 och 0,025 g N/m2, d.
Vattnet flöt in i biofiltrens övre ytterhörn och togs ut i botten, vid mitten. Luftare placerades på botten av varje filter så att> 3 mg O2/L löst syre kunde upprätthållas kontinuerligt.
Utsläppskrav (från NPDES, National Pollutant Discharge Elimination System) som eftersträvades var BOD5 (ej N), 7 dygns medel < 40 mg/L. pH 6,5-9. Löst syre >5 mg O2/L. Tot-N 17 kg/d.
Försök
Prover togs genom anläggningen, i regel veckovis, under två och ett halvt år och analyserades m a p pH, löst syre, temperatur, nitrat, nitrit, ammoniak (ammonium plus ammoniak), alkalinitet, BOD5 (ej N), suspenderade ämnen samt E.coli. Det antogs att ammoniumhalten inte ökade genom anläggningen, som ju höll god syrehalt. Vidare antogs att alkaliniteten minskade pga nitrifikation.
Resultat
Ingående ammoniakhalt till dammsystemet var ca 20 mg N/L. Efter passage av dammarna blev nivån ca 10 mg N/L. Efter det första dränkta biofiltret uppmättes ca 1-3 mg N/L och efter det andra dränkta biofiltret översteg utgående vatten inte analysnoggrannheten 0,5 mg N/L.
Syrehalten i biofiltren var med ett undantag> 5 mg O2/L och låg ofta nära syremättnad.
Ammoniumbelastningen på det första biofiltret var 0,025 g N/m2, d jämfört med en vanlig belastningsnivå av 0,9 g N/m2, d.
Slutsatser
De uppgraderande biofiltren var överdimensionerade för kväveseparation och egentligen inte avsedda för detta ändamål. Utsläppsnivån från damm-biofilteranläggningen understeg alltid den tillåtna NH3-nivån 0,5 mg N/L, även vid låga temperaturer. Vilken delprocess som svarade för den största ammoniumreduktionen kunde inte klarläggas. Den relativt höga syrehalten kan knappast tillåta denitrifikation i nämvärd omfattning.
För svenska förhållanden får luftningen betraktas som generös och skulle knappast väljas till dammarna. Ett dränkt och luftat biofilter är däremot ett tänkbart sätt att reducera BOD och ammoniuminnehåll i en påbyggnad av ett dammsystem.
Källa: Mattson, Rebbeccka 1), Wildman, Matt 2) & Just, Craig 1) (2018):”Submerged attached-growth reactors as lagoon retrofits for cold-weather ammonia removal: performance and sizing”. Water Science & Technology, 78.8, pp 1625-1632.
Hela artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.
Författarna från:
- Civil & Environmental Engineering, University of Iowa, Iowa City,IA, 52242 USA.
- HR Green Incorporated, Cedar Rapids, IA, 52404, USA.
Kontakt: craig-just@uiowa.edu
