Skumningspotential och viskosimetertest provades för att förstå skumbildning i rötkammare vid tre olika avloppsverk i Seattle. Trenderna var inte konsekventa, generella, men metoderna snabba och kunde användas med individuell anpassning till verken.
Av: Jörgen Hanaeus
Skumningspotential och viskosimetertest provades för att se om de kunde relatera till skumningshändelser och biologiska och fysiska parametrar i slammet.
Vid alla undersökta verk korrelerade halten organiskt slam med den plastiska viskositeten. Den plastiska viskositeten korrelerade även med innehållet av den skumpåverkande bakterien Gordonia. Antalet mikroskopiska filament korrelerade även med halten Gordonia. Skumningspotentialen ökade med bakterien Microthrix Parvicella.
Skumningspotential- och viskosimetertest gav korrelationer med skumningsrelaterade komponenter på individuell verksnivå och kan vara nyttiga vid analys av förekommen skumning.
Bakgrund
Skumning som uppstår i rötkammare kan ge en hel del problem. Den minskar tillgänglig volym för själva rötprocessen, ger risker för översvämning av slam ur kammaren, sätter igen gasutrustning och kan i extrema fall förstöra rötkammartäckningen.
Här indelas skumningen i två kategorier: gasinneslutning och ytskumning. Gasinneslutningen påverkas av slammets reologi, med friktion mot bubblorna. Ytskumning pågår när stora gasbubblor stabiliseras av ytaktiva partiklar.
Det råder brist på experimentellt underlag för att förklara skumningens uppkomst. Några organismer som nämns i sammanhanget och som har observerats vid skumningshändelser är filamentös Gordonia amarae samt Microthrix parvicella. Mycobacterium har iakttagits i samband med skumning, men då i den biologiska vattenbehandlingsdelen i avloppsverk.
Hög belastning av rötkammaren med organiskt material har konstaterats i samband med skumning, men oenighet råder om mekanismen för skumbildningen här. Slutligen har en stor tillförsel av kommersiella detergenter till avloppet också betydelse vid skumbildningen i rötkammaren.
För att kunna förutsäga skumningshändelser i rötkammare har koncepten skumningspotentialtest samt viskosimeterramptest (VRT) provats. Skumningspotentialtest innebär gastillförsel till aktuellt rötslam i bänkskala medan viskosimetertestet visar om slammet är trögflytande och därför gör det svårare för bildade, infångade gasbubblor att röra sig uppåt och lämna slammet.
Det är också intressant att koppla resultaten från testerna till förekomst av vissa mikroorganismer.
Material och metod
Tre avloppsverk i Kings County, Seattle: West Point, South, och Brightwater användes vid försöken. West Point och South behandlar ca 450 000 m3/d med aktivt slam; West Point med syrgas. Brightwater behandlar ca 100 000 m3/d i membranbioreaktor. West Point och Brightwater förtjockar slammet i filterpress, medan South använder flotationsförtjockare.
Uppehållstiden i varje rötkammare (mesofila, till antalet 5, resp 4, resp 3) är ca 28 d.
Före undersökningsperioden hade West Point-verket två skumningshändelser där vätskenivån enligt givarna sjönk snabbt men där den flytande täckningen inte ändrade nivå påtagligt. Dock inträffade ingen skumningsincident under själva undersökningsperioden.
South-verket hade två incidenter före studieperioden; 2015 och 2016, båda sent i augusti och med en varaktighet av ca 2 veckor. De inträffade när lufningen i biosteget och slamåldern optimerats för nitrifikation-denitrifikation, inte för bästa sedimentering. De avhjälptes med ökad gasomrörning i rötkamrarna för att frigöra inbäddad gas. Verket återgick sedan till tidigare slamålder och optimerad sedimentering. Ingen skumningsincident under studieperioden.
Sedan Brightwater-verket startade driften 2011 hade två incidenter inträffat, där tryckgivarna för slamnivå reagerat på sjunkning. Ett planerat el-stopp 2012 stannade omrörarna i kamrarna vilket gav en snabb volymexpansion av slammet till följd av gasinstängning och detta ökade utpumpningen av slam. Under föreliggande studie, 2018, upprepades en snarlik skumningsincident; också den pga el-avstängning, för systemkontroll.
Prov från rötkamrarna togs som stickprov varannan vecka från juni 2018 till februari 2019; från Brightwater en gång per månad.
För beräkning av skumningspotential placerades resp slamprov till 200 mL i en 1 L mätcylinder och luftades (1,5 L/min) under 30 min. Skumbildningen följdes och högsta skumhöjd noterades, liksom kvarstående skum vid färdig sedimentering. Maxhöjd – initialhöjd blev instabilt skumindex, medan kvarstående skumhöjd – initialhöjd blev stabilt skumindex.
Viskosimetertest gjordes med viskosimeter Brookfield DV2 T. Prover togs även för gensekvens 16 S rRNA analys.
Resultat
Gensekvenseringen visade att Mycobacterium fanns i West Point (4,6 %) och South (2,9 %), men inte i Brightwater (0,1 %). Mycobacterium har inte rapporterats som skumbildare, men deras förekomst korrelerar med hög skumningspotential. I West Point gav skumprover flera gånger högre halter av Mycobacterium och Gordonia än slamproverna. Dessa har båda hydrofoba cellytor och cellväggar som innehåller mykolsyra vilket tros inducera skumning i den biologiska vattenbehandlingen. Höga halter av Gordonia kan minskas genom att det översta slamskiktet i rötkammaren avlägsnas.
TS-halten, särskilt den organiska andelen, i West Point-slammet korrelerade med den plastiska viskositeten vilket kan tolkas så att avgången av innesluten gas från slammet hindras.
I South var Microthrix parvicella den bakterie som återfanns i högst koncentration. Då den inte korrelerade starkt med skumningspotentialen drogs slutsatsen att M. parvicella inte var primär orsak till skumningen i South.
I Brightwater, vars membranreaktor drevs med slamåldern 10 dygn, korrelerade Mycobacterium negativt med skumbildande parametrar. Däremot korrelerade M. parvicella positivt.
Mekanisk omrörning var gynnsam för att förhindra gasinstängning. Där omrörning med gas förekommer är ytlig skumbildning ett större problem.
För beräkning av halter av potentiellt skumbildande bakterier var filamenträkning i mikroskop ett snabbare, enklare och billigare sätt än gensekvenseringen; god korrelation mellan dessa fastställdes.
Slutsatser
Skumningspotentialtest och viskositetstest gav olika trender för de olika verken, men gav en snabb bedömning av skumningsrisken.
Gordonia-halten relaterade till gasinstängningsrisken vid West Point, medan Microthrix parvicella relaterade till ytskumningsrisken vid South och Brightwater-verken. Vid alla verken gav en ökad TS/GF-halt ett mer visköst slam med ökad risk för gasinstängning.
Källa: Nishiguchi, Kota & Winkler, Mari: Correlating sludge constituents with digester foaming risk using sludge foam potential and rheology. Water Science & Technology, 81.5, pp 949-960.
Författarna från:
Deartment of Civil and Environmental Engineering, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA.
Kontakt: dknishi@uw.edu
