En studie i Washington har med kamera- och bildanalysteknik sökt förbättra metodiken för bestämning av sjunkhastighet i partikelrika avloppssuspensioner och rapporterar kring händelseförloppet vid övergång från störd till hindrad sedimentering.
Av: Jörgen Hanaeus
Sedimentering av flockulenta partiklar är ett vanligt moment i avloppsbehandlingen och vid högre partikelkoncentration sker en övergång till hindrad sedimentering (non-stokesian). Förutsägelelser kring denna behöver nya mätverktyg. Ett förslag läggs fram i denna studie: LOSS (Limit of Stokesian Settling). Här bestäms totalmängden suspenderade ämnen (TSS) vid övergången från Stokesiansk sedimentering med hjälp av kamerateknik och bildbehandling i MATLAB. Rödfärgen har visat sig användbar i denna studie, där bioslam från Blue Plains stora avloppsverk i Washington DC använts för sedimenteringsförsök i pilotskala. Granultillsats har också gjorts för att få slam av olika karaktär. Jämförelse görs med slamvolymindex och fluxberäkningar.
Bakgrund
I biosteg tjänar sedimenteringsbassänger tre huvudsyften: Att avskilja partiklar, att förtjocka avsatt slam och att lagra avsatt slam. Förtjänsterna är: ett lågt partikelinnehåll i utgående vatten, ett förtjockat slam att återföra till biosteget och ett slamlager att nyttja i högflödesperioder. Viktigt är att kunna bestämma sedimenteringsbassängens kapacitet och tyvärr är det inte helt lätt med existerande metoder. De två vanligaste är slamvolymindex, SVI, och Fluxkurvor. SVI är mest använt pga dess enkelhet; tar ca 30 minuter. Fluxkurvor bestäms med ISV (Initial Settling Velocity) från en uppsättning partikelkoncentrationer och kan ta en halv dag att ta fram. Ett vanligt antagande är att sjunkhastigheten minskar med partikelkoncentrationen. Många försök att bestämma initiell sjunkhastighet har gjorts.
Här lyfts the Limit of Stokesian Settling (LOSS) fram som idé. Den går ut på att söka slamytan (the interface) i den sjunkande suspensionen. Satsvisa tester med högre koncentrationer än LOSS och med successiv minskning kan följas med kamera och bildbehandling med MATLAB. Hastigheten för hindrad sedimentering är ofta en storleksordning lägre än den för sedimentering av flockulenta partiklar. En kritisk inkommande partikelkoncentration kan sökas där övergången – LOSS – sker.
Målet för artikeln har varit att bestämma LOSS för olika slamkompositioner. Vidare följs LOSS i en sedimenteringsbassäng i ett biosteg i fullskala.
Försök
En pilotkolonn byggdes med Φ 20 cm och 3 m höjd med slamintag via två motstående ventiler mitt på kolonnen. Provtagningsöppningar fanns varje 15 cm. Fem olika slamtyper hämtades från Blue Plains fullskaliga avloppsverk. Granuler hämtades från Strass avloppsverk i Österrike. En Kodak Z18 högupplösande kamera användes för att videofilma förloppen (30 bilder/s).
I 2-liters bägare provades slam från verkets biosteg och späddes till mellan 300 och 1200 mg TSS/L. Slammet rördes om varefter sjunkningsförloppet filmades. Triplikat utfördes.
Biostegets och närsaltstegets slam var rödbrunt – brunt bioslam och rött från tillsatt järnsalt, varför den röda färgen från MATLAB-programmet användes som indikator på partikelkoncentrationen och medelvärdesbildades över bägarbredden. När en slamyta (interface) passerar visas en skarp övergång i den röda färgen. Då koncentrationen höjs tappas så småningom den skarpa övergången och responsen av den röda färgen blir en lutande linje längs djupet.
Tekniken användes även för att följa biostegets sedimenteringsbassäng i Blue Plains-verket.För jämförelse mättes omrört slamvolymindex efter 30 min; även fluxkurvor upprättades.
Resultat
Korrelationen mellan den initiala sjunkhastigheten och LOSS-värdet blev måttlig med r=0,40. Tillsatta granuler ökade tydligt LOSS-värdet. SVI30-metoden planade ut vid 50 mL/g TSS; och bedömdes sämre vid god slamsjunkning. Den korrelerade däremot väl med LOSS-metoden vid nivån 2 000 mg TSS/L. Fluxkurvor och LOSS-värden överensstämde ofta, men under 60-dagarsperioden inträffade flera avvikelser som diskuteras i artikeln, liksom ytbelastningsvärden.
Slutsatser
LOSS-värdet visades öka för väl sjunkande slam och minska vid sämre sjunkande slam. LOSS-metoden tog ungefär en halvtimme för ett prov jämfört med flera timmar för att upprätta fluxkurvor. I en väl fungerande sedimenteringsbassäng finns inte den hindrade sjunkningen. LOSS-värdet ger den högsta startkoncentrationen i inloppet innan funktionen faller påtagligt. Ett mål med LOSS-arbetet är att en operatör ska kunna använda LOSS-mätning för att säkerställa att inmatad last till sedimenteringsbassängen inte blir för hög.
Metoden gynnas av utvecklingen inom videoteknik och bildbehandling, men förefaller behöva ytterligare bekräftelser innan en vardagsoperation blir möjlig. Främst är då stora avloppsverk i fokus (Blue Plains-verket är ett av USA:s största och tar emot avloppsvatten från 2,1 miljoner invånare).
Källa: Mancell-Egala, W.a,d), Kinnear, D.b),Jones, K.c), De Clippeleir, H.d), Takacs, I.e) & Murthy, S.d) (2016): Limit of stokesian settling concentration characterizes sludge settling velocity. Water Research, 90, pp 100-110.
Hela artikeln finns att köpa här.
Författarna:
a) Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Polytechnic and State
University, Blacksburg, VA 24061, USA.
b) HDR Incorporated , 440 S Church St Charlotte, NC 28202, USA.
c) Department of Civil Engineering and Environmental – Howard University, 2326 6th
St, NW, Washington, DC 2005, USA.
d) District of Columbia Water and Sewage Authority, Blue Plains Advanced Wastewater
treatment Plant, 5000 Overlokk Ave, SW, Washington, DC 20032, USA.
e) Dynamita SARL, 7 Eoupe, Nyons 26110, France.
Korrespondens: abdulme@vt.edu
