Återvinning av koagulanter från vattenverksslam för avskil

Experimentella och ekonomiska analyser över återanvändning av koagulanter från vattenverksslam för fosforavskiljning i avloppsreningsverk visade att de totala kostnaderna under 20 år kunde halveras då återvunna koagulanter utnyttjas istället för eller kombinerat med kommersiella fällningskemikalier.

Av: Bengt Andersson

Vattenverksslam innehåller ofta koagulanter (järn- eller aluminiumsalter) och återvinning av koagulanterna för fosforavskiljning vid avloppsreningsverken är en tilltalande lösning istället för deponering av slammet. Vid tillsats av koagulanter baserade på järnsalter kan cirka 95 % av fosforn avskiljas inom 90 minuter i huvudsak genom två mekanismer, kemisk fällning och adsorption. Den kemiska fällningen verkar snabbast, där metallfosfater och metallhydroxider bildas. Adsorption har en hög avskiljningskapacitet men verkar långsammare än fällning.

Tidigare studier av återvinning av koagulanter från vattenverksslam (RC, recovered coagulant) har visat att RC kan jämföras med kommersiella fällningskemikalier (FFS, fresh ferric sulphate) vad gäller avskiljning av fosfor men erforderlig dosering kan vara högre och avskiljningen långsammare. En surgöring av slammet ner till pH 2 kan förbättra effektiviteten av RC, där kostnaden för surgöringen måste balanseras av värdet av en ökad fosforavskiljning.

Refererad studie syftade till att öka förståelsen för hur fosforavskiljningsmekanismerna fungerar för återvunnen koagulant i jämförelse med användning av FFS. Vidare var avsikten jämföra kostnadsskillnaden beräknad under 20 år mellan användning av FFS och olika alternativ för RC från vattenverksslam.

Genomförande av undersökningen

Försöken utfördes med slam från ett vattenverk, där järn(III)sulfat användes som koagulant. Studien genomfördes som bägarförsök, där olika former av RC och FFS tillsattes i doser mellan 0 och 50 mg Fe/l till ett grovrenat avloppsvatten. Fyra olika prepareringar av vattenverksslammet gjordes: avvattnat slam (ersattes under försöken av avvattnat slam utspätt till 2,8 % TS med avjoniserat vatten), avvattnat slam som surgjorts till pH 2 med svavelsyra samt avvattnat och surgjort slam som behandlats genom ultrafiltrering.

Fosforavskiljningsmekanismerna undersöktes genom provuttag efter inblandning (2 minuter med olika omrörningsintensitet) och efter flockning (mellan 5 och 120 minuter). Detta upprepades med samma koagulanter, som förhydrolyserats genom justering till pH 7 för att förhindra kemisk fällning. Dessutom undersöktes effekten av en ytterligare förlängd flockningstid av mellan 2 och 24 timmar.

De samlade kostnaderna under 20 år för de olika alternativen för återvinning i jämförelse med kostnaden för användning av enbart FFS beräknades med de förutsättningar som används av OFWAT, där såväl kapital- som driftkostnader beaktades.

Resultat

Kemisk fällning var den dominerande mekanismen för fosforavskiljningen vid tillsats av FFS, där 90 % av avskiljningen uppnåddes inom 2 minuter och där kemisk fällning svarade för mer än 65 % av den totala avskiljningen.

Adsorption var den dominerande mekanismen vid tillsats av RC utan surgöring beroende på en hög andel olösligt järn. Fosforavskiljningen uppgick till 53 % av avskiljningen med FFS vid 20 mg Fe/l och en flockningstid av 90 minuter. Då flockningstiden ökades till 8 timmar uppnåddes en avskiljning som uppgick till cirka 85 % av avskiljningen med FFS, vilket visade att en tillräcklig uppehållstid är viktig då adsorption är dominerande mekanism.

Mekanismerna för avskiljningen vid tillsats av surgjord RC utgjordes både av fällning och av adsorption, där den långsammare adsorptionen övervägde. Avskiljningen uppgick till 88 % av avskiljningen med FFS. Resultatet kunde förbättras något dels vid längre flockningstid dels vid fällning vid lägre pH.

Ultrafiltrerad och surgjord RC fungerade i stort sett lika effektivt som FFS, vilket kunde förklaras av att järnet i huvudsak förelåg i löst form i båda fallen. Andelen av avskiljningen, som uppnåddes inom 2 minuter, var dock lägre än för FFS. Avskiljningen uppgick till 95 % av avskiljningen med FFS.

Fällning med FFS gav en signifikant större flockstorlek jämfört med fällning med RC, vilket indikerade att vid tillsats av RC produceras flockar, som inte avskiljs lika effektivt som vid tillsats av FFS . Utgående järnhalt var högre vid fällning med RC i jämförelse med fällning med FFS och halten ökade vid högre doser.

En jämförelse av totalkostnaderna under 20 år mellan de olika alternativen visade att utnyttjande av RC gav lägre kostnader än fällning med FFS och deponering av slammet. Värdet av respektive RC betraktades relativt avskiljningen med FFS och skillnaden kompenserades genom erforderlig dosering av FFS så att avskiljningen blev lika. Lägst kostnad uppnåddes med surgjord RC, där kostnaderna under 20 år halverades. Obetydligt högre kostnad erhölls med icke surgjord RC, vilket innebar att kostnaden för syratillsatsen var ungefär den samma som det ökade värdet av en bättre fosforavskiljning. Kostnaderna för ultrafiltreringen gjorde att alternativet med surgöring och ultrafiltrering blev högre än för de andra RC men lägre än kostnaderna vid användning av FFS. Alternativet hade dock fördelar genom att en väsentligt bättre produkt skapades men som inte avspeglades i den ekonomiska jämförelsen. En känslighetsanalys, där kostnaden för olika insatser ökades med 50 %, gav ingen markant inbördes förändring mellan alternativen.

Slutsatser

Studien visade att

Källa: J. Keeley, A.D. Smith, S.J. Judd, P. Jarvis. Acidified and ultrafiltered recovered coagulants from water treatment works sludge for removal of phosphorus from wastewater. Water Research 88 (2016) pp 380 – 388.

Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.