En utvärdering av tre aktivtslamanläggningar med utomordentliga sedimenteringsegenskaper visade att anläggningarna uppfyllde de kriterier som anses skapa goda slamegenskaper samtidigt som skillnader fanns vad gäller möjlig slamhalt i reaktorn, erforderligt returslamflöde och slamhalt i returslammet.
Av: Bengt Andersson
Sedimenteringsegenskaperna för aktivt slam har alltsedan processens tillkomst varit en nyckelfråga för processens funktion och effektivitet. Ett genombrott i kunskapsutvecklingen gjordes då konceptet med selektorer introducerades, som visade att konfigurationen av bioreaktorn kunde systematiskt påverka slammets sjunkegenskaper genom att favorisera snabbväxande flockulenta mikroorganismer framför mera långsamväxande filament. Samtidigt introducerades en metodik för att klassificera filamenten i slammet för både kontroll av sedimenteringsegenskaperna och för överföring av resultaten till dimensionering av fullskalesystem.
På senare tid har ett nytt koncept vuxit fram med granulerat aerobt slam med väsentligt bättre sedimenterings- och förtjockningsegenskaper än slammet i konventionella aktivtslamsystem. De mest lyckosamma systemen med granulerat aktivtslam baseras på SBR-system och det finns intresse för att utveckla systemet även för kontinuerliga flödessystem. De huvudsakliga faktorerna, som medför en utveckling av ett granulerat aktivtslam, har identifierats som en anaerob beskickningsperiod, sedimenteringstiden, utflödestiden och volymutbytesförhållande. Konceptmässigt kan granulerna betraktas som en naturlig utveckling mot en ideal aktivtslamflock.
I refererad studie analyserades och utvärderades tre exempel på aktivtslamsystem med slam med mycket goda sedimenteringsegenskaper, analoga med granulerat slam och genom jämförelse med litteraturreferenser var avsikten att ge utvärderingen både ett historiskt och ett nutida perspektiv.
Genomförande
De tre anläggningarna (City of Akron, Ohio, Trinity River Authority (TRA), Texas och Fort Wayne, Indiana) var samtliga utformade för biologisk närsaltavskiljning med en slamålder av omkring 10 dygn, med fullständig nitrifikation och biologisk fosforavskiljning. I samtliga anläggningar var SVI normalt mellan 60 och 80 ml/g och sedimenterad volym efter 5 minuter (SV5) var generellt samma som volymen efter 30 minuters sedimentering (SV30). Längd/breddförhållande för reaktorn i Akron var 39:1, i TRA 3:1 och i Wayne 20:1. Även om distinktionen mellan stora och tunga flockar och granuler är inte precis har kriteriet för utveckling av granuler på senare tid definierats som då SV5 och SV30 är ungefär lika.
Mätning av zonsedimenteringshastigheten (ZSV) gjordes med varierande blandningar av returslam och utgående avloppsvatten för att täcka in hela området för MLSS (från reaktor till returslam). Uppmätta sedimenteringshastigheter plottades mot slamhalten och anpassades till Vesilinds samband Vi = V0 * e-kXi.
Resultat
Mätningar av ZSV visade att det fanns en skillnad mellan å ena sidan slammet från Akron och å andra sidan slammen från TRA och Wayne, som i stort uppvisade lika egenskaper. ZSV överlappades vid lägre slamhalter än 5 g/l medan Akron hade högre ZSV vid högre halter.
Vikten av att införa avloppsvattnet i början av reaktorn demonstrerades vid TRA, där cirka 30 % av inflödet under en period infördes längre nedströms i reaktorn. Andelen granulerade slamflockar minskade kraftigt och de kom tillbaka vid återgång till den ursprungliga driften.
En jämförelse av litteraturreferenser för slam med SVI mellan 60 och 80 ml/g visade att ZSV och lutningen för sambandskurvan mellan ZSV och MLSS-koncentration var lika för slam från TRA och Wayne medan slammet från Akron hade högre ZSV men samma lutning.
Kurvorna för slamfluxet vid varierande MLSS hade samma utseende för slammet från Akron och referenserna men nivån var högre för Akron, vilket innebar att en högre slambelastning kunde uppnås. Kurvorna för slammen från TRA och Wayne var inbördes lika men skiljde sig från slammen från Akron och referenserna.
Beräkning av möjlig slamhalt i reaktorerna baserat på slamegenskaperna visade att högst slamhalt kunde uppnås i Akron. Förhållandena för TRA och Wayne medförde ungefär samma maximala slamhalt och i jämförelse med referenserna kunde högre slamhalt upprätthållas då den hydrauliska belastningen på sedimenteringsbassängerna var mindre än 50 m/d. Vid högre hydraulisk belastning var maximal slamhalt högre i referenserna.
För att skapa slam med goda sedimenteringsegenskaper är det viktigt att beakta några generella faktorer, som att skapa substratgradienter i bioreaktorn i kontinuerliga flockulenta system genom pluggflöde, som att införa en kontaktzon i form av en anaerob, anoxisk eller aerob selektor, där oluftade zoner (anaeroba eller anoxiska) är de vanligaste och som att reaktorkonfigurationen nedström kontaktzonen även påverkar slamegenskaperna påtagligt, där pluggflöde ger bättre sedimenteringsegenskaper. Analogt för att skapa granulerat slam i ett SBR-system måste fyllningen vara snabb med lågt syre följd av satsvis drift med luftning. Tillkommande selektivt tryck finns i det granulerade systemet, där tiden för sedimentering är begränsad så att tunga granulerade partiklar kvarhålls i systemet medan lättare slam tvättas ut med utgående vatten. Överskottsslam tas ut från de övre delarna av slambädden.
Beräkningar och jämförelser visade dessutom att SVI eller motsvarande parametrar inte var tillräckliga för att särskilja viktiga skillnader mellan slam med goda sedimenteringsegenskaper.
Slutsatser
En utvärdering av tre aktivtslamanläggningar med utmärkta sedimenteringsegenskaper visade att
- varje anläggning uppfyllde åtminstone några av förhållandena för att skapa ett bra slam även om det fanns variationer mellan verken
- även om alla tre verken hade goda sedimenteringsegenskaper (SVI mellan 60 och 80 ml/g och SV5 lika med SV30) skiljde sig sambandet mellan ZSV och MLSS, vilket påverkade maximal MLSS-halt i bioreaktorn, erforderligt returslamflöde och slamhalt i returslammet
- vid två av anläggningarna (TRA och Wayne) var slamförtjockningen otillräcklig och höga returslamflöden erfordrades
- resultaten visade att fortsatta studier av anläggningar med goda sedimenteringsegenskaper är viktiga för att identifiera faktorer som bidrar till bra slamegenskaper
Källa: G.T. Daigger, E. Redmond, L. Downing. Enhanced settling in activated sludge: design and operation considerations. Water Science & Technology 2018, 78.2, pp 247 – 258.
Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.
