Hanteringen av slam från avloppsvattenreningen är ett teknikområde av största intresse. I refererad artikel presenteras en ny strategi för att reducera mängden slam från biologisk rening genom dosering av salpetersyrlighet till returslammet.
Av: Bengt Andersson
Det finns ett stort intresse av att minska slamproduktionen från avloppsreningsverk och då inte bara mätt som våtvolym utan även som mängd torrsubstans. Tekniker för att minska slamproduktionen kan appliceras antingen i avloppsvattenreningen eller i slambehandlingen.
En metodik är att öka slamåldern i den biologiska reningen, vilket innebär att mer av tillgänglig energi utnyttjas för bakteriernas underhållsfunktioner och mndre till bakteriernas cellsyntes med minskad produktion av biomassa.
Andra metoder för slamreduktion bygger ofta på mekanismer där extracellulära polymer sönderdelas och bakterieceller slås sönder och där bildade beståndsdelar kan brytas ned mikrobiellt till koldioxid med en reduktion av producerad biomassa. Vanligt förekommande metoder är ozonbehandling, ultraljudsbehandling och oxidationsprocesser av olika slag med tillsats av kemikalier. Karakteristiskt är att dessa processer kan vara kostsamma på grund av ett ökat energibehov eller dosering av kemikalier.
Salpetersyrlighet kan ge en inhiberande effekt i mycket låga koncentrationer på metabolismen för ett antal nyckelorganismer som förekommer vid biologisk avloppsvattenrening. Tidigare studier har visat att nedbrytningen av överskottsslam genom aerob rötning och dosering av salpetersyrlighet i koncentrationer av 2 mg HNO2-N/l kan förbättras. I här refererad studie har undersökts om behandling med salpetersyrlighet kan användas som en strategi för minskning av slamproduktionen.
Genomförande av undersökningen
I studien användes två SBR-reaktorer i laboratorieskala med en volym av 8 l vardera. SBR-reaktorerna tillfördes ett syntetiskt avloppsvatten och de drevs i 6-timmars-cykler med 10 minuter anoxisk beskickning av avloppsvatten, 70 minuter anoxisk fas, 225 minuter aerob fas, 5 minuter slamuttag, 45 minuter sedimentering och 5 minuter dekantering. Den hydrauliska uppehållstiden var 24 timmar och temperaturen i reaktorerna hölls konstant 22°C.
Den ena reaktorn användes som referens och den andra som försöksreaktor. Försöken pågick i omkring 7 månader och delades upp i tre faser. Den första fasen, där båda reaktorerna drevs på samma sätt, varade i 100 dagar där avsikten var att etablera ett stabilt tillstånd i reaktorerna. Referensreaktorn drevs på detta sätt under hela försöket. Slam togs ut ur reaktorn varje cykel under hela försöket, vilket resulterade i en slamålder av 15 dygn.
I försökslinjen leddes 50 % av överskottsslammet efter förtjockning till en slambehandlingsreaktor, där salpetersyrlighet doserades. Tillsatsen styrdes så att koncentrationen i reaktorn blev cirka 2,0 HNO2-N/l. Uppehållstiden uppgick till mellan 24 och 42 timmar och efter behandlingen återfördes slammet till SBR-reaktorn. Doseringen startades under den andra fasen och en lika stor mängd slam togs ut varje dygn som från referenslinjen, vilket resulterade i en slamålder av cirka 30 dygn. Andra fasen pågick tills stabila förhållanden uppnåtts, vilket tog omkring 40 dygn.
Slamhalten i försökslinjen blev emellertid högre än i referenslinjen beroende på recirkulationen av det behandlade slammet. Under fas tre, som pågick under drygt 60 dygn, ökades därför slamuttaget så att slamkoncentrationen blev lika i båda linjerna. Det ökade slamuttaget medförde att slamåldern minskade till cirka 21 dygn.
Salpetersyrlighet är nära besläktad med salpetersyra men mycket svagare som syra. Industriellt framställs salpetersyrlighet genom att lösa upp natriumnitrit i någon mineralsyra. Syran kan inte koncentreras utan sönderfaller i kväveoxider, vatten, N2O och salpetersyra. I studien doserades natriumnitrit och saltsyra för bildandet av salpetersyrlighet. Ett annat sätt är att framställa salpetersyrlighet som en biprodukt vid partiell nitrifikation av rejektvatten från en anaerob process.
En omfattande uppföljning av försöket genomfördes, där MLSS och MLVS bestämdes varje dag för beräkning av slamreduktionen, SVI två gånger i veckan, utgående ammonium, nitrit, nitrat, löst och totalt COD, partikelstorleksfördelning och nitrifikations- och denitrifikationsaktiviteter bestämdes en gång i veckan samt N2O i gas och vätskefas varje eller var annan vecka.
Resultat
MLSS-koncentrationen i referenslinjen uppgick till omkring 1540 mg/l under hela försöket. Koncentrationen i försökslinjen ökade successivt till drygt 1800 mg/l under den andra fasen. Efter ett ökat slamuttag under den tredje fasen uppnåddes ungefär samma koncentration i de båda reaktorerna.
Slamreduktionen genom dosering av salpetersyrlighet blev drygt 40 % under den andra fasen men detta var inget representativt värde eftersom slamhalten i försökslinjen var högre än i referenslinjen. Under fas tre blev slamreduktionen omkring 28%. Den specifika slamproduktionen uppgick till 0,27 mg MLSS/mg COD i referenslinjen och till 0,16 resp. 0,20 mg MLSS/mg COD i försökslinjen under fas två respektive tre.
Halterna i utgående vatten från de två SBR-reaktorerna var i det närmaste identiska under försöken både vad gäller COD och kvävefraktioner och sedimenteringsegenskaperna mätt som SVI var de samma. Partikelstorleken i slammet i referensreaktorn var omkring 10 % högre än i försöksreaktorn. Inga negativa effekter av behandlingen med salpetersyrlighet kunde konstateras.
Kontinuerliga mätningar av N2O-emissionerna visade att emissionsfaktorn uppgick till omkring 0,4 mg N2O-N/mg TN för båda linjerna. Emissionerna uppkom i huvudsak under den aeroba fasen i båda reaktorerna och emissionerna från behandlingsreaktorn var försumbar.
Bestämning av nitrifikationshastigheten visade att doseringen av salpetersyrlighet inte påverkade aktiviteterna negativt. Mätning av den endogena denitrifikationsaktiviteten visade däremot att aktiviteten var cirka 60 % högre i försöksreaktorn, vilket förklarades av att det fanns mer tillgängligt kol i försöksreaktorn på grund av slambehandlingen.
Andra teknologier för slamreduktion kan ge en större procentuell minskning än de knappt 30% som uppnåddes i refererad studie. Reningsresultat och slamegenskaper påverkades däremot inte negativ, vilket kan vara fallet då andra processer används.
Slutsatser
Följande slutsatser kunde dras av undersökningen:
- En behandling av delar av överskottsslammet med salpetersyrlighet och återrecirkulation till aktivtslamprocessen kan minska slamproduktionen med cirka 30%.
- Processen hade ingen negativ inverkan på utgående vattenkvalitet, på slammets nitrifikationshastighet och sedimenteringsegenskaper eller på N2O-emissionerna.
- Tekniken med behandling med salpetersyrlighet är ekonomiskt intressant eftersom priset på kemikalierna är lågt.
- Tekniken är ett miljövänligt och hållbart sätt att minska slamproduktionen.
- Tekniken kan utvecklas ytterligare genom att behandla en större del av överskottsslammet.
Det erfordras etablering av en fullskaleanläggning för att kunna värdera tekniken bättre.
Källa: Q. Wang, L. Ye, G. Jiang, Z. Yuan. A free nitrous acid (FNA)-based technology for reducing sludge production. Water Research 47 (2013) pp 3663 – 3672.
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.