En önskad turbiditet i utgående avloppsvatten från en mikrosil för kemisk fällning av ett inkommande avloppsvatten kunde uppnås genom användning av en PI-regulator och med en framkopplad kompensator för reglering av doseringen av polymer och fällningskemikalier.
Av: Bengt Andersson
Genom en optimerad förbehandling med kemisk fällning kan energineutralitet uppnås genom en ökad avskiljning av organiskt material. Efterföljande processer för kväveavskiljning erfordrar dock organiskt material och en styrning av kemikaliedoseringen är viktig. För konventionell försedimentering, som är en trög process med en lång tidskonstant, är en återkopplad styrning svår att implementera.
Mikrosilning som separationsprocess vid förbehandling är en snabb process med kort tidskonstant. En återkopplande reglering av kemikaliedoseringen kan appliceras och även kompletteras med en framkopplande kompensator för ännu snabbare respons. Avskiljningen är olinjär i förhållande till doseringen och en modifierad PI-regulator erfordras.
Syftet med refererad undersökning var att uppnå en kontrollerad avskiljning av organsikt material (turbiditet) i förbehandlingssteget i form av en förutbestämd utgående turbiditet oberoende av belastning eller flödesvariationer inom bredast möjliga gränser.
Genomförande
Försöken utfördes vid Källbyverket i Lund mellan april och november månad 2015 i en pilotanläggning för en flödesbelastning upp till cirka 40 m3/h. Avloppsvatten efter sand- och fettavskiljning pumpades in till anläggningen, som var uppbyggd med tankar för flockning och koagulering med möjlighet att dosera fällningskemikalier (PACl, 9,3 % Al3+) och polymer (en katjonpolymer med hög molekylvikt) samt med en mikrosil av skivfiltertyp med en vävd filterduk med en maskvidd av 100 mm och med 5,6 m2 filtreringsarea.
Mätning av inkommande och utgående turbiditet gjordes kontinuerligt med Hach-Lange turbidimetrar kalibrerade för ett område 0 – 700 NTU. En PLC med analoga ingångar för flöde och turbiditet styrde doseringspumparna för polymer och fällningskemikalie. Utgående turbiditet användes för den återkopplade PI-regulatorn genom att minimera felet mellan börvärde och utgående turbiditet. Inkommande turbiditet användes för den framkopplade kompensatorn då turbiditeten var högre än 200 NTU, vilket betraktades som en störning. Polymerdoseringen justerades genom en ökning av den återkopplade polymerdosen med komplettering av dosering av fällningskemikalie proportionellt med doseringen av polymer genom en konstant manuellt valbar faktor.
Resultat
Det förelåg ett bra samband mellan turbiditet och COD i utgående avloppsvatten inom ett område mellan 0-300 NTU och 50-600 mg COD/l med en korrelationskoefficient R2 = 0,93. För efterföljande kväveavskiljning erfordrades en COD-halt mellan 200 och 300 mg/l, vilket motsvarade mellan 60 och 90 NTU.
Försök med ett utgående börvärde av 40 NTU, som motsvarade en COD/N-kvot av mellan 4 och 8 tillräcklig för efterföljande biologisk kväveavskiljning, visade att utgående turbiditet kunde uppnås på önskad nivå och att reglersystemet kunde hantera variationerna i flöde och inkommande turbiditet. Enbart dosering av polymer var tillräcklig åtminstone om inkommande turbiditet var lägre än 200 – 250 NTU. Med kompletterande dosering av fällningskemikalie kunde en utgående turbiditet av 40 NTU uppnås vid en inkommande turbiditet av 700 NTU eller högre.
Under försöken inträffade en regnväderssituation med höga flöden och ett mera koncentrerat avloppsvatten. Den framkopplade kompensatorn hade större betydelse för avskiljningen vid regnväderssituationen än vid torrväder. Den framkopplade doseringen av polymer och fällningskemikalie var i området 1 – 2,2 mg polymer resp. Al3+/l och den var tillräcklig för att minska utgående turbiditet till börvärdet 40 NTU. Regleringen blev dock mindre stabil, vilket kunde ha stabiliserats genom en minskning av P-delen i regulatorn.
Försök med en utgående turbiditet mellan 80 – 90 NTU för krav på högre COD/N-kvot mellan 10 och 15 och med ett dynamiskt inflöde visade att utgående börvärde kunde uppnås genom dosering enbart av polymer upp till en inkommande turbiditet av 700 NTU oberoende av flöde. Med det högre börvärdet erhölls en väsentligt bättre stabilitet i reglersystemet än vad som var fallet för det lägre värdet 40 NTU.
Försök med plötsliga stegvisa förändringar av utgående börvärde utfördes dessutom för att se hur systemet fungerade utanför det prioriterade driftsområdet. Med börvärden i intervallet 20 – 80 NTU kunde reglersystemet justera fällningsdosen så att inställda börvärden kunde uppnås. Även vid ett börvärde av 12 NTU och ett flöde av 40 m3/h, som simulerade en situation med förbiledning av det förbehandlade avloppsvattnet, fungerade reglersystemet väl med en rimlig stabilitet.
Slutsatser
Försök med en förbättrad avskiljning av organiskt material (turbiditet) i ett förbehandlingssteg med mikrosilning som separationsprocess visade att
- utgående turbiditet vid olika börvärden kunde uppnås inom ett brett driftområde med tillfredsställande stabilitet
- systemet baserades på en återkopplad PI-reglering av polymerdoseringen kompletterad med en framkopplad kompensator för reglering av doseringen av tillskottspolymer och av fällningskemikalie samt på mätning av flöde och turbiditet i inkommande och utgående avloppsvatten
- systemet medgav att erforderlig COD/N-kvot för efterföljande biologisk kväveavskiljning och en bättre utgående vattenkvalitet vid regnväderssituationer för direktutsläpp kunde uppnås genom en enkel ändring av börvärdet
- justering av P-del och I-del i regulatorn kunde göras med hjälp av allmänt vedertagen metodik inom reglertekniken
Källa: J. Väänänen, S. Memet, T. Günther, M. Lilja, M. Cimbritz, J. la Cour Jansen. Automatic control of the effluent turbidity from a chemically enhanced primary treatment with microsieving. Water Science & Technology 76.7 2017, pp 1770 – 1780.
