Genom förbehandling av returslammet i en hydrocyklon i en anoxisk/oxisk aktivtslamprocess minskade slamproduktionen med omkring 35 % och kväveavskiljningen ökade med drygt 20 % genom frigörelse av organiskt material.
Av: Bengt Andersson
I en konventionell anoxisk/oxisk aktivtslamprocess (AO) för kväveavskiljning blir ofta denitrifikationen begränsad då C/N-kvoten i avloppsvattnet är låg. Dessutom bildas ett överskottsslam, som måste hanteras på ett hållbart sätt. Åtgärder för processförbättringar för en ökad kväveavskiljning och slamminimering är därför angelägna. Ett flertal olika metoder för förbehandling har föreslagits, som bygger på termisk, kemisk, mekanisk eller biologisk behandling, där metoderna har gett varierande effekt och kostnader. Metoder, som bygger på mekanisk påverkan på slammet, har ofta betraktats som miljövänliga och genomförbara och de kan appliceras in-situ.
En hydrocyklon för förbehandling av returslammet har en potential att förbehandla slamflockar och frigöra interna kolföreningar. När vätskefasen utgör den kontinuerliga fasen bryts slampartiklarna i den dispersa fasen ned till mindre delar beroende på varierande centrifugalkraft och skjuvkraft som skapas av hastighetsgradienten. Dessutom frigörs instabila partiklar och polymerer inbäddade i slammet. Hydrocyklonen har många fördelar som stor flödeskapacitet, låg kostnad, enkel drift och hög tillförlitlighet.
Syftet med refererad studie var att belysa effekten av en AOH-process (anoxisk-oxisk-hydrocyklon), där returslammet förbehandlas i en hydrocyklon. Vid utvärderingen fokuserades det på det aktiva slammets karaktär, återanvändning av interna kolföreningar och förändring av slamproduktionen.
Genomförande
Försöken utfördes under tremånadersperiod i tre parallella pilotanläggningar med ett försedimenterat avloppsvatten och med ymp av slam från Minghang avloppsreningsverk i Shanghai. Pilotanläggningarna var uppbyggda med en anoxisk tank och tre oxiska tankar i serie följda av en sedimenteringsbassäng. En av linjerna var en konventionell AO-process (referens). I de två försökslinjerna introducerades hydrocykloner med olika stolek (25 mm (AOH25) resp. 35 mm (AOH35) och hela returslamflödet passerade genom cyklonerna.
Förutom konventionella kemiska analyser gjordes analyser efter hydrolys för att belysa förändringen av polysackaridernas sammansättning i utloppet av cyklonerna. Slammens morfologi undersöktes genom elektronmikroskopi (SEM, scanning electron microscopy).
Resultat
Mekanismerna för AOH-processen kunde delas in i tre skeden, där en sönderslagning av större flockar med lös struktur till mindre flockar eller enskilda mikrober inträffade först. Därefter avskildes löst EPS, löst bunden EPS och sist starkare bunden EPS från enskilda mikrober till vattenfasen. Slutligen skedde en sönderdelning av cellerna. Orsaken var de skjuvkrafter, centrifugalkrafter och rotation som skapades av hydrocyklonen. Den i hydrocyklonen sönderdelade flocken kunde genom elektrostatiska krafter, van der Wahls-krafter och vätebildningar återabsorbera föroreningar och EPS i aktivtslambassängerna och den kontinuerliga sönderdelningen och återuppbyggnaden av flockarna var fördelaktig för processen, vilket kunde bekräftas av SEM och förändringen av partikelstorleksfördelningen.
Bestämning av SCOD och polysackarider in till och ut från hydrocyklonen visade att halten SCOD ökade med 92 % i AOH25 och med 37 % i AOH35 genom frigörandet av organiska föreningar från avskavning av EPS och nedbrytning av flockstrukturen. Halten lösta polysackarider ökade med 28 resp. 17 %, vilket indikerade att polysackariderna utgjorde en förvånansvärt liten del av SCOD.
I AO, AOH25 resp. AOH35 erhölls en bakteriell nedbrytning av SCOD i anoxtankarna med 51.7, 52.1 resp. 55.2 %. Halten SCOD i utgående avloppsvatten i AOH-linjerna minskade med 10 resp. 12 mg/l jämfört med referensen och utgående halter understeg 100 mg/l.
Avskiljningsgraden av total-P ökade genom hydrocyklonen och utgående halter i AOH25 resp. AOH35 minskade med 13,4 % jämfört med referensen med utgående halter strax under 1,5 mg P/l. Samtidigt minskade halten av total-N i utgående vatten med 17,4 resp. 21,5 % och halten uppgick till drygt 15 mg N/l i AOH-linjerna. Nitrifikationsgraden var den samma i alla linjerna och den översteg 97 %.
Denitrifikationshastigheten i anoxtankarna varierade kraftigt på grund av variationer i avloppsvattnets innehåll av COD. Hastigheten ökade i AOH25 resp. AOH35 med 35,1 resp. 43,1 % jämfört med referensen på grund av att frigjort organiskt material kunde utnyttjas som extra kolkälla för denitrifierarna.
Den ackumulerade slamproduktionen och slamtillväxthastigheten bestämdes i de olika linjerna och efter en månads drift konstaterades att 126 g TS/d producerades i referenslinjen, vilket var omkring 44 g/d mer än i AOH-linjerna. Reduktionen av slamproduktionen genom användning av en hydrocyklon uppgick till omkring 36 % med en mycket liten skillnad mellan de två hydrocyklonlinjerna.
Slutsatser
Parallella undersökningar av två AOH-processer med olika storlek på hydrocyklonen (25 resp. 35 mm) och en konventionell AO-process visade att behandling av returslammet i en in-situ hydrocyklon var effektiv med utveckling av slamflockarnas struktur och desorption av internt organiskt material. Jämfört med AO-processen visade försöken med AOH-processen att
- halten löst COD i returslammet ökade med 63 resp. 36 % i AOH25 resp. AOH35
- halten löst COD minskade med 12 mg/l i utgående avloppsvatten
- halten totalkväve minskade med drygt 21 % och halten total-P med 13 % genom frigörelsen av löst COD
- verkningsgraden för denitrifikation i anoxtanken förbättrades med mellan 35 resp. 43 %
- slamproduktionen minskade med omkring 36 % och
- AOH25 fungerade något bättre än AOH35.
Källa: Y. Xu, Y. Fang, Z. Wang, D. Guo, Y. Liu, Y. Huang, P. Fu, J. Jin, C. Wei, H. Wang, T. Zeng. In-situ sludge reduction and carbon reuse in an anoxic/oxic process coupled with hydro cyclone breakage. Water Research 141 (2018), pp 135 – 144.
