Genom direkt mätning av polymerkoncentrationen i rejektvattnet med en spektrofotometer med fast våglängd 191 nm kunde en optimal dosering av polymer bestämmas vid slamavvattning i fullskala.
Av: Bengt Andersson
Förutsättningarna för avvattning av slam förändras ständigt på grund av variationer i slamegenskaper och slamkoncentration. En optimering av polymerdoseringen bör ske i realtid men normalt justeras polymerdosen enbart genom bestämning av slamkakans TS-halt och vid behov genom bägarförsök med olika polymerdoseringar. Ofta överdoseras polymer, vilket leder till högre kostnader och sämre resultat.
Det mest effektiva sättet för optimering av slamavvattningen är att mäta koncentrationen av polymer i rejektvattnet. Det finns ett stort spektra av metoder för mätning av polymer men de flesta är inte lämpliga för kontinuerliga applikationer i realtid. På senare tid har emellertid utvecklats en metod baserad på spektrofotometri, som bygger på att polyakrylamid polymerer starkt absorberar ljus av en våglängd mellan 190 och 200 nm och där det finns ett linjärt samband mellan koncentration och absorbans.
Inledande försök i laboratorieskala visade att ett samband mellan restpolymer och optimal polymerdosering kunde erhållas genom mätning av absorbansen i filtratet. Syftet med refererad studie var att ta steget från laboratorieskala till fullskala och testa metoderna för polymeroptimering vid fullskaleanläggningar för slamavvattning med hjälp av en UV-spektrofotometer för kontinuerlig mätning.
Genomförande
Försöken genomfördes vid två fullskaleanläggningar, där polymerdoseringen ökades i steg för att täcka situationer med underdosering, optimal dosering och överdosering. I den fösta anläggningen avvattnades ett aerobt stabiliserat överskottsslam i en höghastighetscentrifug med tillsats av en katjonpolymer med hög molekylvikt. Inkommande slamhalt var cirka 2,9 % TS och typisk polymerdosering varierade mellan 10 och 15 g/kg TS med en TS-halt mellan 18 och 20 % i slamkakan. I den andra anläggningen avvattnades ett anaerobt rötat primär- och överskottsslam i en bältfilterpress med tillsats av Polydyne Clarifloc C-321. Inkommande slamhalt uppgick till cirka 2,1 % TS och TS-halten i kakan varierade mellan 16 och 19 % TS vid en polymerdosering mellan 5,5 och 9 g/kg TS.
Mätning av polymerkoncentrationen gjordes med hjälp av en fotometer med en fast våglängd 191 nm med ett automatiskt system för provtagning och utspädning av proven. Under försöken utnyttjades även en fotometer med fullt våglängdsspektrum 191 – 750 nm för jämförelse av resultaten från de två mätarna. Ett automatiskt utspädningssystem utnyttjades för att förbättra mätnoggrannheten och utspädningsgraden bestämdes genom screening vid olika utspädningar och polymerdosering. Mätning av turbiditet i rejektvattnet och TS-halten i slamkakan efter avvattning gjordes enligt vedertagen standard.
Resultat
Vid försöken med centrifugering bestämdes bästa utspädning för mätningen till 77:1. Uppsamling av rejektvatten och analys av absorbansen gjordes kontinuerligt då doseringen först minskades i steg om 4 % och därefter då doseringen ökades i steg om 4 % från ursprungsdoseringen. Absorbans och turbiditet mättes 20 minuter efter varje doseringsändring.
Absorbanskurvan för fotometern med fast våglängd 191 nm visade en parabol form med ett minimivärde vid en dosering av 11,8 g/kg TS, vilket även överensstämde med lägst turbiditet. Vid underdosering var lutningen på kurvan negativ med en minskande absorbans vid en ökad dosering beroende på en förbättring av rejektvattenkvaliteten. Vid optimal dosering var absorbansen lägst beroende på en god rejektvattenkvalitet utan innehåll av överskottspolymer. Vid överdosering var kurvans lutning positiv och absorbansen ökade beroende på en ökad halt av polymer i rejektvattnet. Mätningar med fotometern med bredare våglängdsområde visade liknande resultat men fotometern med fast våglängd hade en bättre känslighet och en snabbare responstid. Vid fullskaledriften var polymerdoseringen 17,5 g/kg TS, vilket var cirka 30 % över den optimala doseringen med samma TS-halt i slamkakan. En ökning av doseringen över den optimala visade att ingen signifikant ökning av TS-halten i slamkakan uppnåddes.
Vid inledande försök med en filterpress visade fotometern en liknande kurva som vid centrifugförsöken med ett distinkt minimum vid optimal dosering. Rejektvattnet från pressen var renare än från centrifugen och utspädningsgraden var viktig för att kunna identifiera minskningen av absorbansen. En utspädning av 14:1 valdes efter en inledande screening.
En filterpress är långt mer komplex än en centrifug och valet av provtagningspunkt var inte självklart. Tre huvudzoner finns i en modern filterpress med en gravitationszon, en lågtryckszon och en högtryckszon. Gravitationszonen utgjordes av en roterande filtertrumma utan spolvatten med ett minimum av interferenser medan stora mängder spolvatten tillfördes till de andra zonerna med varierande halt suspenderade ämnen i filtratet. Prov från gravitationszonen och från lågtryckszonen gav liknande resultat för absorbansen med en parabolisk kurva med en optimal dosering av 7,6 g/kg TS. Turbiditeten var även lägst vid optimal dos. Filtratet från gravitationszonen var mera idealt för att identifiera optimal dosering. Svårigheter med att ta representativa prov från slamkakan förelåg med påtagliga fluktuationer i resultat.
Under försöken med avvattning i fullskala var fotometern för fast våglängd i drift under flera månader utan behov av kemisk rengöring och absorbanssignalens dynamik och stabilitet var utmärkt. Apparaten lämpar sig således väl för kontinuerlig användning i realtid för mätning och justering av polymerdoseringen i en fullskaleapplikation.
Slutsatser
Försök med optimering av polymerdoseringen i fullskaleanläggningar genom mätning av UV absorbansen vid 191 nm visade
- att polymerkoncentrationen i rejektvattnet från avvattningen kunde bestämmas genom kontinuerlig mätning av UV absorbansen vid 191 nm i en spektrofotometer
- att optimal polymerdos stämde överens med lägsta absorbans
Källa: B. Örmeci, R. DiMassimo. Dewatering optimization with in-line and real-time measurement of polymer: results from full-scale treatment plants. Water Science & Technology 76.6 2017, pp 1318 – 1323.
