Rörlig sandbädd för denitrifikation, för avskiljning av

Av: Bengt Andersson

Mera långtgående krav på utgående halter vad avser organiskt material, fosfor och kväve ställs i vissa regioner i Norge på grund av nya regelverk, vilket kräver utbyggnad av befintliga anläggningar. För avloppsreningsverket i Gardemoen kommer att krävas att utgående fosforhalt skall minskas till mindre än 0,1 mg P/l som årsmedelvärde. Kraven på avskiljning av kväve kommer att vara oförändrade med 70 % som årsmedelvärde men då belastningen på verket är högre än dimensionerande finns även intresse av en ökad denitrifikationskapacitet. 

De nya kraven föranledde försök med ett rörligt sandfilter (MBSF, moving bed sandfilter) som efterbehandlingssteg vid det befintliga verket. MBSF har utnyttjats sedan 1980-talet och har fördelar i jämförelse med konventionella sandfilter genom den kontinuerlig spolningen av filtret under drift. Syftet med studien var att undersöka tillämpningen av ett rörligt sandfilter för behandling av utgående avloppsvatten med målet att uppnå fosforhalter lägre än 0,1 mg P/l och SS-halter lägre än 10 mg SS/l samt att kunna avskilja 0,75 kg NO₃-N_eq per m³ sand och dag.

Genomförande

Gardemoen WWTP tar hand om avloppsvattnet från Oslos internationella flygplats samt från befolkning och industri i området. Verket är uppbyggt med förbehandling, biologisk behandling i en MBBR-anläggning med 7 reaktorer i serie och kemisk fällning med flotation. 

Försöken med MBSF utfördes i pilotskala i ett Dynasandfilter med 0,7 m² filteryta och med en 2,87 m hög sandbädd med kornstorlek mellan 1,2 – 2 mm. Inkommande avloppsvatten till filtret utgjordes dels av utgående vatten från fullskaleverket dels av en blandning av utgående vatten och vatten från olika reaktorer för att öka fosfor- och SS-halten och för att öka halten nitrat för denitrifikationsprocessen. Dessutom tillsattes Nutriox som extern nitratkälla vid behov. Etanol användes som extern kolkälla för denitrifikationen. Försöken indelades i två perioder där fokus var på fosforavskiljning resp. kväveavskiljning.

Sandrörelsen i MBSF är en av de viktigaste driftparametrarna i processen. En utrustning för kontinuerlig mätning av sandcirkulationen testades med ett system som baserades på RFID (radio frequency identification device), där inkapslade RFID blandades in i sanden och detekterades i mammutpumpen. 

Resultat

Vid försöken med fosforavskiljning med utgående vatten från verket var inkommande halt i genomsnitt 0,38 mg P/l med variationer mellan 0,19 och 0,64 mg/l. En utgående fosforhalt mindre än 0,1 mg P/l kunde med lätthet uppnås med dosering av en koagulant. Fosforhalten i utgående avloppsvatten var mindre än 0,1 mg P/l även utan dosering under 87 % av tiden med ett genomsnittligt medelvärde av 0,075 mg P/l.

Vid försök med en inblandning av vatten från den sista MBBR-reaktorn ökade fosforhalten i inkommande vatten till 3,1 mg P/l i genomsnitt med variationer mellan 0,23 och 7,3 mg/l.  Fosforhalten i utgående vatten kunde minskas till 0,1 mg P/l med en dosering motsvarande ett Al/TP molförhållande av 4 eller högre. Utan dosering av koagulant avskildes endast partikulär fosfor med en låg avskiljning av TP (totalfosfor).

Vid kväveavskiljning är förhållandet mellan lättnedbrytbart kol och nitratkväve en viktig parameter och eftersom inkommande avloppsvatten även innehåller nitrit och löst syre beräknades en ekvivalent halt NO₃-N_eq genom konvertering av nitrit och syre. Vid försöken konstaterades att denitrifikationshastigheten ökade med ökad belastning med maxvärden upp till 1,4 kg NO₃-N_eq per m³ sand och dag vid ett COD/N-förhållande av 4,0 g COD/g NO₃-N_eq, vilket var betydligt mer än målet 0,75 kg NO₃-N_eq per m³ sand och dag. Vid COD/N-förhållandet 4,0 beräknades slamproduktionen till 0,33 g COD _biomassa/g COD _avskild. 

Det fanns andra faktorer som kunde påverka denitrifikationshastigheten och det konstaterades att hastigheten begränsades då inflödet till filtret hade en låg koncentration av ortofosfat. Den genomsnittliga hastigheten begränsades till 0,51 kg NO₃-N_eq/m³*dygn då fosfathalten i inflödet var lägre än 0,4 mg PO₄-P/l medan hastigheten uppgick till 1,3 kg NO₃-N_eq/m³*dygn då fosfathalten var högre än 1,2 mg P/l.      

Flertalet av utgående prov från försöksperioden med fosforavskiljning innehöll mindre än 10 mg SS/l oavsett typ av inkommande vatten med ett medelvärde av 5,9 mg/l. Försöken med denitrifikation gav även låga partikelhalter efter filtret trots att biofilmtillväxten ökade partikelkoncentrationen och medelvärdet uppgick till 6,4 mg SS/l. Mätningar av den specifika slamvolymen och slamhalten i tvättvattnet visade att både slammet från försök med dosering av koagulant och med denitrifikation uppvisade goda förtjockningsegenskaper med något bättre egenskaper vid försöken med denitrifikation.

Den kontinuerliga mätningen av sandcirkulationen visade sig vara ett robust system som fungerade väl. Exempel på resultat under 2 utvalda dygn visade att under det första dygnet fungerade filtret med normal sandcirkulation och en liten standardavvikelse medan under det andra dygnet hade delar av bädden börjat sätta igen med ojämnt resultat och med en ökad standardavvikelse. 

Slutsatser

Försök i pilotskala med en rörlig sandbädd som efterbehandling av utgående avloppsvatten från Gardemoens WWTP visade att 

Källa: S.S. Rathnaweera, B. Rusten, L.D. Manamperuma, J. Gjevre, I. Tranum. Evaluation of moving bed sand filter for denitrification, suspended solids removal and very low effluent total phosphorus concentrations. Water Science & Technology 2019, 80.2, pp 232 – 242.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att läsa gratis här.