Dosering direkt till en aktivtslambassäng av förlorat material från termisk reaktivering av granulerat aktivt kol från ett vattenverk gav en signifikant ökad avskiljning av organiska mikroföroreningar vid en dosering av 10 g/m3.
Av: Bengt Andersson
Användning av pulverformigt aktivt kol (PAC) är en vanlig metod för avskiljning av organiska mikroföroreningar (OMP) och med en dosering av 10 g PAC/m3 kombinerat med sandfiltrering kan en avskiljning upp till 80 – 95 % erhållas med en låg energiförbrukning cirka 0,03 kWh/m3. Ett flertal olika biogena material och avfallsprodukter finns numera tillgängliga som råvara till PAC, vilket gör metoden mer fördelaktig både vad gäller ekonomi och koldioxidavtryck.
GAC (granulerat aktivt kol) används för avskiljning av löst organiskt material vid vattenverk, där mättat kol återanvänds genom termisk reaktivering. Under denna process förloras mellan 10 och 15 % av materialet genom mekanisk nötning och detta material skulle kunna ersätta färsk PAC vid ett avloppsreningsverk. En sådan produkt kan tillsättas direkt till en aktivtslambassäng (PAC-AS), vilket ger en enkel och kostnadseffektiv lösning som blir mest fördelaktig om användning av aktivt kol förekommer både vid vattenverket och vid avloppsverket. Tidigare studier av PAC-AS har visat att en ökad avskiljning av COD kan uppnås men studier vad gäller avskiljningen av OMP saknas.
Korrekt provtagning är viktig vid fältstudier för att belysa effekterna av ny teknik och brister kan utgöra en betydande felkälla. För utveckling av en lämplig strategi för provtagning kan dynamiska modeller utnyttjas och eftersom OMP betraktas som inerta föreningar kan hydrauliska modeller vara tillräckliga.
Syftet med refererad studie var att demonstrera effekten av dosering av återvunnet aktivt kol från ett vattenverk direkt till en aktivtslambassäng för avskiljning av fem utvalda OMP och att utveckla en optimal provtagningsstrategi för tillfredsställande utvärdering av tekniken.
Genomförande
Försök utfördes i två parallella aktivtslamanläggningar i halvteknisk skala (500 p.e.) placerade vid Düsseldorfs avloppsreningsverk, där den ena linjen användes för test av PAC-AS och den andra utgjorde en referens. Doserad PAC utgjordes av materialförluster från reaktiveringen av GAC vid stadens vattenverk. Försök gjordes med olika dosering, där 10 g/m3 påbörjades efter 90 dygn för att säkerställa stabila förhållanden och försöken pågick under 5 månader. Därefter ökades doseringen till 20 g/m3. Fem OMP (benzotriazol, karbamazepin, diklofenak, metoprolol och sulfametoxazol) analyserades och avskiljningen bestämdes genom provtagning utvecklad från simuleringsresultaten.
Simulering för provtagning gjordes med hjälp av SIMBA 6.5 och en hydraulisk modell för transport- och omrörningsprocesser utnyttjades för bestämning av fördelningen av uppehållstiden (RTD) för inkommande och utgående vatten till försöksanläggningarna. Olika scenario simulerades genom tillsats av ett spårämne doserat på olika sätt (en koncentrationstopp, två toppar och konstant koncentration över dygnet). Dessutom simulerades även effekten av dygnsvariationer.
Resultat
En hydraulisk modellering för bestämning av optimal provtagningsstrategi genomfördes med NaCl som spårämne. Simuleringen avsåg en sammansatt provtagning under 24, 48 resp. 72 timmar för torrvädersflöde (1,3 m3/h), regnflöde (2,6 m3/h) resp. minimiflöde (0,7 m3/h). Simuleringarna visade att en provtagningstid av 72 timmar gav störst återvinningsgrad av spårämnet med 80 % vid torrväder, 96 % vid regnväder och 58 % vid minimiflöde. Med en provtagning under 48 timmar minskade återvinningsgraden till 61, 86 resp. 38 % och under 24 timmar till 22, 43 resp. 10 %. En provtagningstid av 24 timmar är vanligen förekommande men ger för låg återvinningsgrad för att kunna tillämpas. Provtagning under mer än 72 timmar kan öka återvinningsgraden ytterligare men det skulle medföra alltför stora fel på grund av en för lång lagringstid av provet.
Bestämning av avskiljningen av OMP baserades på en samlad provtagning under 72 timmar. Direkt dosering av PAC till nitrifikationssteget gav en signifikant ökning av avskiljningen av OMP. Effekten var störst för karbamazepin och metoprolol, där avskiljningsgraden med PAC-dosering var cirka 3 gånger större jämfört med referenslinjen. För benzotriazol, diklofenak och sulfametoxazol medförde PAC-dosering en ökning av avskiljningsgraden med mellan 7 och 38 % i förhållande till referensen.
Störst avskiljningsgrad uppnåddes för benzotriazol med 73 % oavsett dosering och för metoprolol med mellan 67 % och 76 % beroende på dosering. Avskiljningen av diklofenak och karbamazepin uppgick till omkring 60 % oavsett dosering. Sulfametoxazol gav lägst avskiljningsgrad med 48 %, vilken dock ökade till 66 % vid en dosering av 20 g/m3. Avskiljningen var jämförbar med vad som rapporterats i litteraturen.
PAC i refererad studie erhölls från en termisk reaktivering av GAC vid vattenverket i Düsseldorf i huvudsak genom förluster på grund av nötning och som betraktades som en avfallsprodukt. Omkring 400 ton produkt uppkommer per år och denna mängd kan vara tillräcklig för användning vid avloppsreningsverket under ett helt år vid torrvädersflöde och med en dosering av 10 g/m3. Applikationen behöver ingen utbyggnad och medför därför inte någon kapitalinvestering.
Slutsatser
Försöken med simulering av avloppsvattenrening i laboratorieskala visade att
- PAC som uppkommit genom förluster vid reaktivering av GAC från ett vattenverk kunde utnyttjas för avskiljning av organiska mikroföroreningar genom direkt dosering till aktivtslambassängen vid ett avloppsreningsverk
- avskiljningen vid en dosering av 10 g PAC/m3 var jämförbar med vad som rapporterats i litteraturen
- kopplingen mellan PAC-förluster vid reaktivering av GAC vid ett vattenverk och direktdosering vid ett avloppsreningsverk är enkel att implementera utan utbyggnad med nya processteg
Källa M. Lübken, P. Kosse, K. Clausen, B. Pehl, T. Bendt, M. Wichern. Direct dosage of reactivated carbon from waterworks into the activated sludge tank for removal of organic micropollutants. Water Science & Technology, Bonus issue 2, 2017, pp 370 – 376.