Modellering och karakterisering av försedimenteringsbassänger med hänsyn till modellering av hela reningsverket och resursåtervinning En modell för avskiljning av TSS genom försedimentering baserad på hänsyn till en fördelning av partiklarnas sjunkhastighet visade god överensstämmelse med såväl data från fullskalebassänger som data från pilotbassänger.
Av: Bengt Andersson
Betydelsen av försedimenteringsbassänger (PST, primary settling tank) vid avloppsvattenrening har ofta försummats vid modellering. Försedimenteringens påverkan på driften av efterföljande processer vid reningsverket är emellertid väldokumenterad och utveckling av bättre modeller kan skapa en bättre förståelse för processen och ge ett bättre underlag för att karakterisera det försedimenterade avloppsvattnet. Dessutom är det vanligt att dosera fällningskemikalier till försedimenteringen (CEPT, chemically enhanced primary treatment) för att öka partikelavskiljningen, minska den organiska belastningen, uppnå högre fosforavskiljning eller öka den möjliga belastningen vid regntillfällen.
Nuvarande modeller använder en unik sedimenteringshastighet för alla partiklar. Partiklarna i ett avloppsvatten kännetecknas emellertid av en stor variation i sedimenteringshastighet och hänsyn måste tas till detta. I refererad studie presenteras pågående arbete för att förbättra modeller och metoder för karakterisering av försedimenteringsbassänger. Sammanställningen är uppdelad i tre delar – beskrivning av en ny modell, verifiering av modellen för både PST och CEPT och fraktionering av försedimenterat avloppsvatten för ASM (Activated Sludge Modell).
Nytt modellkoncept
En bättre modell kan erhållas om hänsyn tas till fördelningen i sedimenteringshastighet för olika partiklar (PSVD, particle settling velocity distribution). I modellen skapas ett antal partikelklasser, som täcker fördelningen i hastighet och därigenom kan en vertikal koncentrationsgradient för varje partikelklass skapas. Fem partikelklasser visade sig vara tillräckligt. Den vertikala koncentrationsgradienten beskrivs i modellen genom en uppdelning av sedimenteringsbassängen i ett antal skikt, där massbalansen beräknas för varje skikt.
För bra indata till modellen utfördes sedimenteringsförsök i en kolonn enligt ett standardiserat protokoll. Kolonnen fylldes med ett homogeniserat avloppsvatten, där partiklarna får sedimentera under ett antal fördefinierade tidsintervaller, som representerar en sedimenteringshastighet. Partiklar, som sjunker till botten under tidsintervallet, analyserades med avseende på TSS. Efter varje tidsintervall kunde den ackumulerade partikelmassan bestämmas och andelen TSS avsättas som funktion av sedimenteringshastigheten.
Varje partikelklass innehåller en fraktion av inkommande TSS, men fraktionen är emellertid inte konstant utan varierar med avloppsvattnets TS-halt. Hänsyn kan tas till detta genom att flera kolonntest utförs. Hastigheten, som karakteriserar varje klass, beräknas som ett geometriskt medelvärde av hastighetsgränserna för klassen.
Utvärdering av modellen
Modellen utvärderades genom simulering med data från avloppsreningsverket i Québec City i Canada. Dataserier med värden från inkommande och utgående avloppsvatten från försedimenteringsbassängerna omfattade både torrvädersdygn och dygn med regnväder. Dessutom utnyttjades data från en pilotanläggning placerad på reningsverket.
Modellen kalibrerades med data från två dygnsserier och samstämmigheten mellan modell och data utvärderades statistiskt med chi-2 test. Kalibreringsresultatet gav en bra överensstämmelse mellan modell och data vid en signifikansnivå av 1 %. Efter genomförd validering med andra tidsserier konstaterades att den nya dynamiska modellen för försedimentering baserad på PSVD visade att den nöjaktigt kunde förutsäga utgående TSS-halt och att den med god överensstämmelse kunde simulera dynamiken i TSS koncentration i utgående avloppsvatten. En jämförelse med befintliga modeller visade att PSVD modellen var bättre än modellen föreslagen av Otterpohl & Freud och statistiskt jämförbar med modellen föreslagen av Lessard & Beck. PSVD modellen kalibrerad med fullskaledata gav en bra uppskattning för olika avloppsvatten och vädersituationer eftersom den tillåter användning av samma kalibreringsresultat.
Vid simulering av CEPT utfördes nya kolonnförsök, varvid kunde konstateras att kurvan för sambandet mellan sedimenteringshastighet och fraktion TSS var lägre än för PST, vilket innebar generellt högre sedimenteringshastigheter. Dessutom var TSS-koncentration i utgående avloppsvatten lägre än för PST.
För att belysa eventuella effekter på avloppsvattnens sammansättning togs prov från inkommande och försedimenterat avloppsvatten för analys av olika COD fraktioner, som utnyttjas vid simulering med ASM. Resultatet visade klart att försedimentering skapar signifikanta förändringar i sammansättningen av avloppsvattnet och som en konsekvens kan en mera detaljerad modell av en försedimentering med explicit beaktande av ASM fraktioner vara nödvändig vid modellering av hela reningsverket inklusive resursutnyttjande.
Slutsatser
Studien visade att
- utvecklad modell kunde nöjaktigt beskriva TSS-halten i utgående avloppsvatten från försedimenteringsbassänger och beskriva tidsserien med god överensstämmelse
- med hjälp av standardiserade kolonnförsök för sedimentering kunde bra indata till modellen skapas
- försedimentering påverkar förhållandet mellan olika fraktioner av COD, vilket är viktigt att beakta vid modellering av hela reningsverket inklusive utnyttjande av resurser
Källa: G. Bachis, T. Maruejouls, S. Tik, Y. Amerlinck, H. Melcer, I. Nopens, P. Lessard, P.A. Vanrolleghem. Modeling and characterization of primary settlers in view of whole plan and resource recovery modeling. Water Science & Technology 72.12 (2015) pp 2251 – 2261.
