Tryckförlusten genom ett våtmarkssystem vid en stålindustri med begränsat markutrymme undersöktes för olika kornstorlekar. Reningseffekterna för detta poleringssteg var måttliga men stabila.
Av: Jörgen Hanaeus
Funktionen hos ett våtmarkssystem, följande ett biodammsystem, har undersökts, särskilt med avseende på dess hydrauliska kapacitet. Avloppsvattenmängden från den aktuella stålindustrin är stor och systemens hydrauliska kapacitet på begränsad yta blir därför viktig. Två kornstorlekar av grovt grus i den konstruerade våtmarken har undersökts i pilotskala och tryckskillnaden mellan dessa vid dimensionerande flöde genom fullskalans fyra våtmarksceller beräknades till drygt 1 m vattenpelare.
Reningseffekterna för näringsämnen och metaller över poleringssteget var tillfredsställande och gällande standardvärden underskreds.
Bakgrund
Avloppsvatten från stålindustri innehåller ofta organiskt material, färg, fenol, cyanider och svavelkomponenter. Konstruerade våtmarker har visat sig vara kostnadseffektiva och miljövänliga behandlingsalternativ. Flera rapporter om goda reningsresultat har presenterats; dock inte många från fullskaledrift.
Stålverket i Hi Tinh, Vietnam, har haft en incident med nödutsläpp av obehandlat avloppsvatten till havsrecipienten, med påtaglig störning av det marina livet. Då beslöts att konstruera ett damm- och våtmarkssystem på 10 ha yta. Förutom att fungera som ett polerande steg skulle våtmarkscellerna hindra att alger från biodammarna spolades ut i havet. Så byggdes ett system med två akuttankar, tre biodammar och fyra våtmarksceller; de senare konstruerade av nedsänkt grusfilter med horisontell vattenrörelse.
Artikeln beskriver erfarenheter från pilotförsöken och det första årets resultat från fullskalan.
Material och metod
Två parallella våtmarksceller byggdes främst för att i pilotskala studera den hydrauliska tryckförlusten; vardera med dimensionerna 31*4*1 m3. Från botten: 10 cm grov sand, liner, 60 cm grovt grus av kalksten (enhet A med 50-100 mm och enhet B med 40-60 mm), vidare 10 cm grus 5-10 mm samt överst 20 cm grov sand för att kunna etablera växtlighet. Storleken valdes för att få samma hastighet som i fullskalans våtmarksceller, dvs 36 000 m3/d fördelat på bredden 74 m och filterhöjden 0,6 m vilket ger 33,8 m/h. Det gav försöksflöden i pilotskalan mellan 50 och 120 m3/h.
Tryckförlusten genom filtren beräknades med Carman-Kozenys ekvation, men denna övergavs då försöksvärdena visade på ca 25 % högre värden.
Fullskaleanläggningen bestod av 3 biodammar följda av 4 våtmarksceller i serie, den fjärde en våtmark med fri vattenyta. Dimensioneringen utgick från totalomblandade reaktorer i serie. Våtmarkscellerna planterades med en växtblandning innehållande bladvass, smalkaveldun och kinesisk mattsäv.
Prov insamlades veckovis morgon och kväll från in-och utlopp för varje cell från september 2017 till juli 2018.
Resultat
Vid pilotförsöken framkom påtagliga skillnader i tryckförlust mellan cellerna A och B. När flödet 49 m3/h i cell B (mindre kornstorleken) ökades till 83 m3/h ökade tryckförlusten från 6,3 cm till 16,3 cm. I cell A ökades flödet från 49 m3/h till 122 m3/h varvid tryckförlusten ökade från 3 cm till 9 cm; alltså klart mindre tryckförluster över det grövre materialet. Om värdena från filter A (22,8 cm/100 m längd) översattes till fullskalans 450 m bedömdes förlusten bli 1,01 m vid det dimensionerande flödet 36 000 m3/d. Motsvarande värde för filtertyp A var 2,33 m.
Beträffande vattenkvaliteten till fullskaleanläggningen höll under försöksåret inkommande vatten till våtmarkscellerna följande snittvärden: COD 23 mg/L, BOD5 9 mg/L, SS 17 mg/L, Mn 0,43 mg/L, Fe 0,33 mg/L, Tot-N 10,5 mg/L, ammonium-N 0,57 mg/L och färg 28 mg Pt/L. pH var neutralt, ca 7,3. Övriga parametrar (bl a fenol, Cd, Hg cyanid och fetter) befanns vara under detektionsgränsen.
Motsvarande utgående kvalitet efter cellerna blev: COD 17 mg/L, BOD5 6,5 mg/L, SS 13 mg/L, Mn 0,16 mg/L, Fe 0,17 mg/L, Tot-N 9 mg/l, ammonium-N 0,04 mg/L och färg 17 mg Pt/L. Flödet uppgavs vara förväntat högt under perioden, utan klar precisering, men en kvalitetsförbättring av det väl förbehandlade vattnet kunde ändå noteras.
Slutsatser
Tryckförlusterna visade på tydlig skillnad mellan materialen, vilket alltså kan ha betydelse vid begränsad marktillgång. Förutsägelse av förlusterna från Carman-Kozenys ekvation är vanskligt, vilket upptäckts i liknande sammanhang. Flera parametrar ska bestämmas och det kan ofta vara lättare att utföra försök i mindre skala. Karin Tonderski från Linköpings universitet har medverkat i denna vietnamesisk-svenska studie.
Källa: Nguyen, V.A.1), Nguyen, M.P.2), Tonderski, K.3), Thi, H.D.4) & Bui, A.T.K.5) (2019): Design and performance of a coarse media, high hydraulic load polishing wetland for steel industry wastewater. Water Science & Technology, 80.1, pp 59-66.
Hela artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.
Författarna från:
- Institute of Environmental Science and Engineering (IESE), Hanoi University of Civil Engineering (HUCE), 55 Giao phong Rd, Hanoi, Vietnam
- Department of Environmental Technology, Faculty of Environmental Sciences, VNU University of Sciences, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam.
- Department of Physics Chemistry and Biology, Linköpings Universitet, Linköping, Sverige
- Hanoi University of Mining and Geology (HUMG), No. 18 Pho Vien Street, Duc Thang Ward, Bac Tu Liem District, Hanoi, Vietnam
- Institute of Environmental Technology (IET), Vietnam Academy of Sciences and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, Hanoi, Vietnam
Kontakt: vietanhctn@gmail.com
