Utformning och drift av försedimenteringsbassänger

Av: Bengt Andersson

Försedimenteringsbassängerna (PST, primary settling tanks) i ett avloppsreningsverk utgör en integrerad del av hela reningsprocessen, slambehandlingen och rötgasproduktionen. Utvecklingen under de senaste årtiondena med införande av biologisk närsaltavskiljning har medfört att funktion och drift blivit mera komplex med behov av styrning och fördelning av det lättnedbrytbara organiska materialet mellan anaerob rötning med rötgasproduktion och biologisk kväveavskiljning. 

Dimensionering av PST bygger på hydraulisk ytbelastning och uppehållstid baserat på empiriska samband, som togs fram långt innan krav på biologisk kväveavskiljning infördes. De interna fysikaliska processerna i PST, som i stor utsträckning bestämmer funktion och effektivitet, har inte getts någon större uppmärksamhet under de senaste årtiondena.

Ett omfattande undersökningsprogram gjordes för 16 PST anläggningar, där avskiljningsgrad, sedimenteringsegenskaper, intern flödesstruktur inom bassängerna och dess påverkan på funktionen undersöktes och värderades. Syftet var att försöka ge svar på hur nuvarande dimensioneringsprinciper stämmer överens för PST vid stora anläggningar, hur geometri och särskilt inlopp och dess höjdplacering påverkar resultatet vid ett brett belastningsspektrum från torrväder till kraftiga regnväderssituationer samt vilka generella förbättringar som bör införas i dimensioneringsprocessen och driften av PST. 

Genomförande

Programmet omfattade undersökningar i fullskala vid 12 tyska avloppsreningsverk, en djupare utvärdering vid 4 anläggningar med en kapacitet av omkring 1 miljon P.E. vardera samt en modelleringsstudie av en rektangulär PST av en typ, som ofta används vid stora reningsverk. 

Mätprogrammet för PST vid de tyska avloppsreningsverken omfattade provtagning och analys av COD, SS, total-P och total-N från inkommande och utgående avloppsvatten. Flödesproportionella 24-timmarsprov togs under minst 5 torrvädersdygn utan intern cirkulation av olika slamströmmar. Den djupare utvärderingen utgjorde en del av ett omfattande FoU-projekt, där avsikten var att analysera funktion och effektivitet av det nya avloppsreningsverket i Budapest (1,2 miljoner P.E.) med en jämförelse med 3 tyska verk i ungefär samma storlek. Inkommande och utgående avloppsvatten för PST utvärderades baserat på långtidsserier mellan 2010 och 2015.

Undersökning av utformning av inloppets geometri och dess påverkan på avskiljningen gjordes för en av fyra PST vid avloppsreningsverket i Graz. Dynamiska simuleringar med en vidareutvecklad FLUENT-baserad 2-dimensionell dynamisk hydraulisk modell (CFD, computational fluid dynamics) utfördes. Modellen kalibrerades och validerades genom omfattande in-situ analyser (strömningshastighet, turbiditet och sedimenteringstest) vid tre olika belastningar. 

Resultat

Utvärdering av resultatet från de tyska anläggningarna vad avser avskiljning av SS och partikulärt COD visade ett varierande mönster med avvikelser upp till 20 – 25 % för avskiljningen med samma uppehållstid. Avskiljningen var uppenbart beroende av många andra faktorer förutom storlek och inflödesförhållanden som ytbelastning och uppehållstid. COD-avskiljningen var oftast högre än vad dimensioneringsguiderna angav och avskiljningen överträffade dimensioneringsvärdena med 20 – 25 %. Mönstret bekräftades vid jämförelsen av de stora anläggningarna med ett mera omfattande datamaterial. 

Med hjälp av CFD simulering undersöktes hur geometrin för inloppet påverkade resultatet. Den ursprungliga inloppsanordningen med lameller placerade direkt vid inloppet gav en nedåtriktad jetström med hastigheter mellan 0,1 upp till 0,2 m/s vid belastningar upp till 5 m/h. Vid högre belastning (8 – 10 m/h), som kan karakterisera en regnväderssituation, erhölls hastigheter över 0,20 – 0,30 m/s vid inloppet med en recirkulationsström från ytan till botten, som ökade med ökad belastning. Simuleringarna visade en sämre avskiljning av partikulärt material med en återsuspension av sedimenterat slam i närheten av slamfickan.  

En högt placerad inloppsanordning med energidämpande box gav en mer fördelaktig flödesbild, där den kinetiska energin minskade väsentligt innan inflödet i bassängen. Detta gav en mer uniform strömning utan störning av sedimenterings- och förtjockningsprocesserna och en bra skiktning av det sedimenterade slammet. En lågt placerad energidämpande box var fördelaktig för belastningar upp till omkring 5 m/h men vid högre belastningar erhölls höga hastigheter, ett vågformat skikt mellan vatten och slam och med risk för utspolning av slammet.

Simuleringar av olika inloppsanordningar visade att påverkan var särskilt påtaglig vid belastningar högre än 5 m/h. Vid belastningar under 5 m/h påverkades inte effektiviteten av inloppsanordning och skillnaderna var försumbara. Ett inlopp med en högt placerad energidämpande box gav bäst resultat vid höga belastningar, där avskiljningen var 26 % högre jämfört med ursprungsanordningen med lameller.

Slutsatser

Ett omfattande undersökningsprogram vid 16 stora avloppsreningsverk avseende dimensionering och drift av försedimenteringsbassänger (PST) visade att

Källa: M. Patziger, F.W. Günthert, N. Jardin, H. Kainz, J. Londong. On the design and operation of primary settling tanks in state of the art wastewater treatment and water resources recovery. Water Science & Technology 74.9 (2016), pp 2060 – 2067.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.