Mikroflotation för separation av alger ur naturliga vatte

I Shanghairegionen, Kina, har man funnit att en stor del av sjöar och vattendrag är eutrofa, ofta med algblomningar. För att kunna separera alger från dessa ytvatten provas olika tekniklösningar, bland annat mikroflotation med eller utan aluminiumdosering.

Av: Jörgen Hanaeus

Eutrofiering av kinesiska sjöar är ett tilltagande problem som inkluderar algblomningar. Dessa stör bland annat dricksvattenproduktionen. I Shanghairegionen är eutrofieringen omfattande, varför separation av alger från ytvatten är av intresse.

Försök har utförts i pilotskala med mikroflotation – tillverkning av luftbubblor med en storlek av 50-100 µm kompletterat med tillsats av PAC, polyaluminiumklorid för att aggregera och separera alger. Särskilt har parametrarna tillverkningstryck, PAC-dos, ytbelastning för flotationen och skikthöjden av luftbubblor varierats och optimum sökts. Utfallet har kontrollerats som reduktion av klorofyll-α, COD, Tot-P och NH₄-N.

Bakgrund

Eutrofieringen i kinesiska ytvatten har bl a lett till minskad artdiversitet. Som en inledning till föreliggande studie undersöktes 20 representativa vattensystem och man fann att mer än 95 % var eutrofa och med risk för algblomning. Man gick igenom tillgängliga behandlingsmöjligheter för eutrofa vatten och bedömde att behandling med mikrobubblor var en lovande metod. Mikrobubblorna, ca 60 µm, har stor specifik yta, rör sig långsamt uppåt och storleken minskar gradvis och de är inte så känsliga för yttre tryckförändringar.

Kollisionseffekten är störst när externa partiklar och bubblor har motsatt laddning men jämförbar storlek.

I föreliggande studie har avskiljningseffekten på alger undersökts som funktion av blandningstryck, hydraulisk ytbelastning, dos flockningsmedel och luftbubblornas skikthöjd. Genomsnittsdiameter, bubbelavstånd och bubbelvolym har använts som parametrar.

Metoden som sådan har använts till vattenbehandlingen för parken i Shanghais världsutställning.  Till denna studie användes vatten från Quyangparken, i Yangpu, Shanghai, med råvattenkvaliteten:  24 NTU, 40 mg COD/L, 1,3 mg NH₃-N/L, 3,6 mg Tot-N/L, 0,26 mg Tot-P/L och klorofyll-α 137µg/L (genomsnittsvärden). Parametervärdena bedömdes svara mot ett hypereutroft vatten.

Experiment

Försöksuppställningen innehöll en lagringstank för råvattnet  med pump och doseringskärl med pump. Dessa flöden fördes till en separationskolonn med (av mig skattad) dimension ca φ 200 mm och 3m höjd.

Till en blandningstank togs utgående vatten och luft tillfördes under tryck. Denna bubbelblandning leddes in i botten av separationskolonnen. Av flockningsmedel + mikrobubblor infångade alger drogs av vid kolonnens överyta.

En rörlig enhet med högpixlad digitalkamera och ett lågförstorande mikroskop användes för att karakterisera bubblorna.  Enheten placerades vid fönster 20, 70 resp 120 cm under kolonnens vätskeyta och för varje fönster mättes diametern för 50 mikrobubblor. I varje fönster mättes i tre plan med 2 mm nivåskillnad för att få en uppfattning om spridningen i bubbelstorlek.

Resultat

Luft-vattenblandningens tryck varierade från 0,32 till 0,42 MPa (fyra körningar). Ökat tryck gav flera bubblor och mer kompakt bubbelskikt. Detta var gynnsamt för kollisionseffekten med algpartiklarna. Standardavvikelsen för bubbeldiametern minskade också.Trycket 0,42 MPa gav vattenkvaliteten 55 mg/L klorofyll-α.

Ökad ytbelastning och därmed minskad kontakttid gav initiellt förbättrad avskiljning, sannolikt beroende på förbättrad omrörning i bubbelvolymen pga det högre flödet. Efter ett maximum försämrades dock avskiljningen troligen beroende på att omrörningen blev för intensiv och störde bubbelstrukturen. Optimalt värde bestämdes till 5 m/h för ytbelastningen.

PAC-dosen gav förbättrade separationsvärden från 0-4 mg PAC/L. Vid dosen 5 mg/L erhölls ingen förbättring, varför dosen 4 mg PAC/L bedömdes gynnsammast.

Skikthöjden för mikrobubbellagret gick att påverka och ökad höjd var gynnsam till en nivå av 130 mm. Bubblornas storleksfördelning låg då mellan 10 och 100 µm, medan avståndet mellan bubblorna var 34-184 µm, att ställas mot de minsta algcellerna  som var knappa 10 µm. Bildexempel på flockfördelningen ges och separationsmekanismer – adhesion till flockar och/eller filtereffekt i bubbelvolymen – diskuteras.

Slutsatser

Eftersom alger är lätta och med visst gasinnehåll, kan tanken att flotera i stället för att sedimentera vara värd att prova. Här erhölls, med PAC-dos, 88% separation av alger och 56 % utan sådan. Vi skulle nog använda termerna flockning och mikroflotation för processen.  Arbetsgången är intressant att ta del av, författarna har särskilt fokuserat på mättekniken för mikrobubblor, medan resultatredovisningen har brister och algerna beskrivs knappt alls. Måns Lund, LTH med kollegor finns med i referenserna

Källa: Chen, Shuwen ;  Xu, Jingcheng; Liu, Jia; Wei, Qiaoling; Li, Guangming; Huang, Xiangfeng (2014) “Algae separation from urban landscape water using a high density microbubble layer enhanced by microflocculation”.  Water Science & Technology

Hela artikeln finns att köpa här.

Författarna från: Key Laboratory of Yangtse River Water Environment ,

Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai,200092 China.

Korresponderande författare: Jingcheng Xu.

Kontakt:  xujick@tongji.edu.cn