Förbättring av avvattningsbarheten av biologiskt överskottsslam genom föroxidation med kalciumperoxid och kemisk återflockning. En kombinerad för-oxidation med kalciumperoxid följd av kemisk återflockning med oorganiska koagulanter gav en förbättring av avvattningsegenskaperna för ett överskottsslam och lägre vatteninnehåll i slamkakan.
Av: Bengt Andersson
Överskottsslam från en biologisk process innehåller mycket vatten och konditionering av slammet innan avvattning är nödvändig. Dosering av oorganiska eller organiska flockningsmedel används för konditioneringen så att fina slamkolloider kan slås samman till större flockar. En stor del av det biologiska överskottslammet består av extracellulära polymeriska substanser (EPS), som är starkt hydratiserade och de traditionella koagulanterna kan inte effektivt förstöra EPS-strukturen och frigöra bundet vatten. Av denna anledning har olika avancerade slambehandlingsteknologier som Fentonprocesser, termisk hydrolys, syra/alkalibehandling, värmebehandling och enzymbehandling utvecklats för att förbättra avvattningsegenskaperna för slammet.
Kalciumperoxid (CaO2) är en mycket använd kemikalie inom en rad olika områden och kan betraktas som en fast form av H2O2 eftersom den löst i vatten genererar H2O2, som är ett mycket starkt oxidationsmedel. Vid oxidation med CaO2 kan slamflockarna slås sönder och EPS i slammet frigöras med förändring av bundet vatten till fritt vatten, som är lättare att avskilja. Genom tillsats av koagulant kan de små slamflockarna slås samman till större agglomerat varvid filtrerbarheten förbättras. Få studier har tidigare gjorts av kombinerad oxidation och återflockning.
Syftet med refererad undersökning var att undersöka effekten av kombinerad CaO2 oxidation och kemisk flockning på slamavvattningen, att skapa insikt om de kinetiska variationerna vad gäller fördelning och sammansättning av EPS under hydrolysreaktionerna och att utreda mekanismer och avvattningsbarhet genom att analysera EPS och morfologiska egenskaper vid behandlingen.
Genomförande
Försöken med CaO2-behandling utfördes med ett överskottsslam från Beixiaohe avloppsreningsverk i Beijing. Slam med olika dosering av CaO2 från 0 till 90 mg CaO2/g TS behandlades i E-kolvar placerade i en horisontell oscillator under 1 timme. Vid försökets slut togs prov ut för bestämning av slammets avvattningsbarhet och för extraktion och analys av EPS.
Försök med kemisk återflockning av slammet efter CaO2-behandling gjordes i bägare med tillsats av tre olika koagulanter (polyaluminiumklorid (PACl), järnklorid (FeCl3) och polymer (PAM)). Efter flockning och sedimentering bestämdes slammets avvattningsbarhet, flockmorfologi och karakteristika vad gäller löst EPS.
Slammets avvattningsbarhet bestämdes som specifikt motstånd vid filtrering (SRF, specific resistance to filtration). Vid analysen bestämdes även slamkakans vattenhalt. Slam med SRF-värden över 1*1013 m/kg anses ha dåliga avvattningsegenskaper, under 0,4*1013 m/kg bra egenskaper och mellan 0,5 och 0,9*1013 medelmåttiga egenskaper.
En modifierad extraktionsmetod användes för bestämning av löst EPS (SEPS), löst bundet EPS (LB-EPS) och hårt bundet EPS (TB-EPS). En karakterisering av det organiska materialet i EPS gjordes med hjälp av 3-DEEM (three-dimensional excitation emission matrix), HPSEC (high-performance size exclusion chromatography) och FTIR (Fourier transform infrared analysis). Flockmorfologin bestämdes med hjälp av ett optiskt instrument.
Resultat
Försöken visade att slammets filtrerbarhet förbättrades genom tillsats av kalciumperoxid vid en optimal dosering av 20 mg CaO2/g TS. Vid tillsats av CaO2 hydrolyserades EPS effektivt till organiska föreningar med lägre molekylvikt, där hydrolysen berodde på oxidation av väteperoxid som genererades genom upplösning av CaO2. Förbättringen observerades inte vid lägre dosering beroende på otillräcklig oxidation och inte heller vid högre dosering på grund av frigörande av EPS i överskott i form av proteinliknande substanser som inverkade negativt på avvattningsbarheten.
SRF och fukthalten i slamkakan var lägst vid optimal CaO2-dosering (20 mg/g TS). Värdena var högre såväl vid lägre som högre dosering. SRF uppgick till 1,28 * 1013 m/kg, vilket kan klassas som ett slam med dåliga avvattningsegenskaper. Vattenhalten i slamkakan var 86 %. Kemisk återflockning erfordrades för att uppnå en bättre avvattningsbarhet.
Variationerna i löst EPS-komponent vid CaO2-behandlingen kunde anpassas till en 0:te ordningens kinetikmodell. Samtidigt ökade SEPS och LB-EPS kraftigt, vilket indikerade att slamflockarna effektivt slogs sönder och att strukturen blev lösare.
Slamflockarnas struktur kunde rekonstrueras genom kemisk återflockning. SRF var lägre än 0,4*1310 m/kg efter återflockningen med alla flockningsmedlen, vilket indikerade goda avvattningsegenskaper. De oorganiska koagulanterna gav ett bättre resultat än den organiska polymeren särskilt vad gäller vattenhalten i slamkakan, som minskade till under 80 %. Detta förklarades med att de tjänade som skelettbyggare och att de minskade slammets kompressabilitet. Koncentrationen av SEPS minskade mest vid användning av FeCl3 som flockningsmedel beroende på en stark koppling mellan järnjoner och proteinliknande substanser.
Slutsatser
Försök med en för-oxidation genom tillsats av kalciumperoxid och kemisk återflockning för att förbättra slamavvattningsegenskaperna för ett biologiskt överskottsslam visade att
- avvattningsegenskaperna förbättrades vid optimal dosering (20 mg CaO2/g TS) medan egenskaperna försämrades såväl vid lägre som högre dosering
- slamflockarna slogs effektivt sönder och deras struktur blev lösare
- flockstruktur och avvattningsegenskaper förbättrades signifikant efter kemisk återflockning med tillsats av PACl, FeCl3 eller polymer med goda avvattningsegenskaper och med ett vatteninnehåll lägre än 80 % särskilt med de oorganiska koagulanterna.
Källa: Z. Chen, W. Zhang, D. Wang, T. Ma, R. Bai, D. Yu. Enhancement of waste activated sludge dewaterability using calcium peroxide pre-oxidation and chemical re-flocculation. Water Research 103 (2016), pp 170 – 181.
