CN*ash – en ny parameter för att prediktera TS-halten i

Av: Bengt Andersson

Stora variationer i TS-halt vid avvattning av rötslam förekommer trots samma utrustning för avvattning och rötning och variationerna kan därför bero på slammets fysikalisk/kemiska egenskaper. Många modeller har utvecklats och undersökts för prediktering av TS-halten i slamkakan efter avvattning men trots detta saknas en enkel fysikalisk/kemisk parameter som kan karakterisera avvattningsbarheten för olika substrat och avvattnare.

Primärslam (PS) och överskottsslam (WAS) har olika avvattningsegenskaper, där överskottsslam innehåller högre halt extracellulära polymerer (EPS) och har högre viskositet och mindre fritt vatten vilket sammantaget leder till sämre avvattningsbarhet. Förslag till parametrar för att ta hänsyn till detta har varit viskositet, VS (volatile solids) och C/N-förhållandet men ingen av dessa har kunnat prediktera TS-halten efter avvattning. 

Syftet med refererad studie var att utveckla en universell och standardiserad modell för att prediktera TS-halten i slamkakan efter avvattning av olika substrat med eller utan förbehandling och att jämföra resultatet av modelleringen med fullskaledata. En utvärdering av användning av TGA (termogravimetrisk analys) och en identifierad generell fysikalisk/kemisk parameter gjordes för predikteringen av TS-halten i slamkakan.

Genomförande

Data från 22 olika fullskaleanläggningar med avvattning av slam efter mesofil rötning av olika substrat med och utan förbehandling och med olika avvattningsutrustning utgjorde grunden för utvärderingen. I flertalet av anläggningarna rötades avloppsslam och i några matavfall eller en kombination av slam och matavfall. Centrifuger förekom vid flest anläggningar men även kammarfilterpressar och silbandspressar. 8 anläggningar hade ingen förbehandling och 14 anläggningar hade förbehandling, varav 10 med termisk hydrolys (THP) och 4 med pastörisering. 

Vattenfraktionerna i slammet indelades i fritt vatten icke bundet till partiklar, interstitialvatten bundet genom kapillärkrafter och bundet vatten genom adhesionskrafter. Vid avvattning avskiljs det fria vattnet. Termogravimetrisk analys (TGA) användes för bestämning av det fria vattnet genom långsam torkning vid konstanta förhållanden. Torkningsförloppet var linjärt så länge det fanns fritt vatten och därefter ändrades kurvans utseende och skiljepunkten användes för bestämningen av slamhalten i slamkakan. LFNMR (Low Field Nuclear Magnetic Resonance) användes för bestämning av det bundna vattnet.

Slammens innehåll av TS, VS, aska, C, N, Fe, Al bestämdes genom standardmetoder. Statistisk analys gjordes genom principalkomponentanalys (PCA) för att minska antalet dimensioner i data för att lättare kunna hitta samband.   

Resultat

Studien visade att TGA var en tillförlitlig metod för att prediktera TS-halten efter avvattning och en jämförelse av TS-halten i fullskala och predikterad TS-halt gav en korrelation av 0,90 i området mellan 17 och 34 % TS med data från olika avvattningsutrustning med och utan förbehandling. Med data grupperade efter avvattningsutrustning blev korrelationen bättre med R² lika med 0,97 för silbandspressar, 0,98 för centrifuger och 0,90 för kammarfilterpressar. Med centrifuger erhölls 7 % högre TS-halt än med silbandspressar och med kammarfilterpressar 9 % högre än med centrifuger. Avvattningsutrustningen medförde en skillnad av cirka 5 % TS medan hela variationen var mellan 17 och 34 % TS, vilket antydde att behovet av en universell parameter för de fysikalisk/kemiska egenskaperna var uppenbart.

Genom PCA visades att fyra faktorer påverkade avvattningen positivt (C/N, PS/WAS, askhalten och halten Fe och Al). Eftersom Fe och Al var del av askan och C/N kunde ersätta PS/WAS återstod två parametrar som påverkade avvattningsbarheten, C/N-förhållandet och innehållet av aska. Ingen av faktorerna ensamma kunde beskriva variansen i avvattningen men en kombination genom att multiplicera dem med varandra gav en parameter CN*ash, där båda faktorerna pekade i samma riktning mot låg vattenbindning och god avvattningsbarhet. Korrelationen mellan CN*ash och predikterad TS-halt i slamkakan med TGA uppgick till 0,65 för alla data men om data med resp. utan förebehandling betraktades var för sig erhölls en korrelation av 0,93 för data utan och 0,91 med förbehandling. Således konstaterades att parametern CN*ash tillförlitligt kunde prediktera TS-halten efter avvattning.

Målet för avvattningsprocessen är att öka TS-halten i slamkakan med ett rejektvatten av god kvalitet samtidigt som erforderlig polymerdos minimeras av ekonomiska skäl. Doseringen av polymer och uppmätt TS-halt i slamkakan för 8 av de medverkande avloppsreningsverken jämfördes med CN*ash. Linjära samband återfanns både för slamkakan (R² = 0,79) och för polymerdoseringen (R² = 0,90) som funktion av CN*ash. Den största polymerdoseringen erhölls vid en anläggning med förbehandling med THP med mera WAS än PS (CN*ash omkring 1,7 – 1,8) och den lägsta doseringen var för en anläggning som rötade enbart PS (CN*ash omkring 4).

Slutsatser

Vid en utvärdering av prediktering av TS-halten i slamkakan från 22 fullskaleanläggningar i Europa konstaterades att

Källa: O.K. Svennevik, G. Beck, E. Rus, B. Westereng, M. Higgins, O.E. Solheim, P.J. Nilsen, S.J. Horn. CNash – A novel parameter predicting cake solids of dewatered digestates. Water Research 158 (2019), pp 350 – 358.

Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.