Udnyttelse af okkerslam fra vandværker som fældningsmiddel på renseanlæg

Transkript

1 Udnyttelse af okkerslam fra vandværker som fældningsmiddel på renseanlæg Afrapportering for projekt støttet af VTU- Fonden [Vælg en dato]

2 1 Projekt : Udnyttelse af okkerslam fra vandværker som fældningsmiddel på renseanlæg Hovedansøger: Holbæk Forsyning A/S Ansvarlig: Henrik Correll Udarbejdet af: Anitha K. Sharma (DTU Miljø), Peter B. Nielsen (Krüger), Henrik Correll (Holbæk Forsyning A/S), Henrik R. Andersen (DTU Miljø) Bilag: Indholdsfortegnelse 1 Perspektivering Evaluering Teknisk notat Revisionserklæring Perspektivering 1.1 Beskriv forretningsplan og go- to- market. Der er ikke et endeligt produkt klart til markedsføring. På baggrund af fuldskala erfaringer fra projektet skal der udvikles et færdigtmarkedsklart produkt, som skal testes i fuldskala over et længere forløb. Herefter kan laves et first- fullscale reference plant, som benyttes til demonstration og markedsføring i Danmark. Internationale leverancer følger herefter. Produktet består både i rådgivning og udstyrsleverencer. 1.2 Forretningsmuligheder: Hvilke forretningsmuligheder har projektet tilført? Har projektet potentiale til at generere/sikre arbejdspladser? Angiv hvor mange. Projektet har bekræftet, at der er potentielle muligheder for at udnytte okkerslam fra vandværker effektivt som delvis erstatning for kommercielle fældningskemikalier. Den primære fordel er for Forsyninger, der kan bortskaffe et problematisk biprodukt som okkerslam og samtidig udnytte det på renseanlæg. Det sekundære er forretningsmuligheder for danske virksomheder, der kan levere rådgivning og udstyr i forbindelse med udnyttelsen af okkerslam. Der kan ikke pt. gives et kvalificeret bud på antallet af arbejdspladser. 1.3 Formidling: Hvilke formidlingsaktiviteter er gennemført, og hvilke er under planlægning? Angiv hvilken effekt, du vurderer, at allerede gennemførte aktiviteter har haft fx generel omtale, nye kontakter, investortilsagn?

3 2 Projektet blev fremlagt på Dansk Vand konference d. 20/ i Århus. Der har der været en del henvendelser fra Forsyninger, som har vist interesse i projektets resultater. 2 Evaluering 2.1 Redegør kort for projektets mål. Vandværkers restprodukt i form af metalholdigt slam anses som et spildprodukt, som skal bortskaffes lettest og billigst muligt. Ved at udnytte det som fældningsmiddel på renseanlæg opnås både en miljømæssig fordelagtig bortskaffelse kombineret med en nyttiggørelse af restproduktet, som reducerer doseringen af industrielt fremstillet fældningskemikalie på renseanlægget. Anvendelse af okkerslam til fosfat fjernelsen kan forsøges hvis jern bundet som jernoxider kan opløses. Dette kan gøres enten ved at oplukke jern under anaerobe forhold eller ved opløse okkeren med syre. DTU har lavet generelle indledende laboratorieforsøg som viser positive muligheder for opløse jern ved disse metoder. Projektets mål var at undersøge anvendeligheden af disse metoder på Holbæk renseanlæg samt opstille et fuldskala forsøgsanlæg for at opskalere laboratorie resultaterne til fuldskala. 2.2 Er projektet i mål set i forhold til udgangspunkt og eventuelle ændringer? Her gøres status projektets nytteværdi, nyhedsværdi, kvalitetsforbedringer, effektivisering, samarbejde, eksportpotentiale/markedspotentiale for vandbranchen. Projektets mål var at teste anvendeligheden af ovennævnte anaerobe metode på Holbæk renseanlæg, herunder at opstille og teste et fuldskala forsøgsanlæg. Laboratorieundersøgelser viste at anaerobe oplunkning af okkerslammet forbedrer slammets bundfældnings egenskaber samt mulighed for at dosere opløst okkeren som fosfor fældningsmiddel. Indledende fuldskala undersøgelser har dog vist at denne metode ikke er egnet specifikt på Holbæk renseanlæg, hvis okkerslammet skal tilsættes i rådnetank.. Derfor blev projektet blev udvidet til også at teste opløsning i sur væske. Projektet har således givet erfaring med vurdering af, hvilken af de 2 metoder, der mest effektivt kan benyttes i forskellige renseanlæg. Det er i laboratorie testet om jern fra opløst okkerslam er tilnærmelsesvis ligeså effektivt et fældningsmiddel som kommercielt jernklorid, hvilket er en vigtig forudsætning for at udnytte produktet på renseanlæg. Der er opført et fuldskala testanlæg til opløsning af okkerslam i syre og dosering af opløst jern herfra. Fuldskaladosering med den opløste okker blev på grund af flere uforudsete driftsproblemer med opløsningsproceduren ikke gennemført. Projektet måtte stoppes inden dosering i fuldskala på grund af budgettet var opbrugt. Der er opnået værdifuld praktisk erfaring med opløsning af okkerslam i syreholdig væske både i laboratorieskala og fuldskala, således det er muligt at designe et brugervenligt og effektivt okkeropløsningsanlæg.

4 3 2.3 Bilag: Milepælsskemaer 3 Teknisk notat 3.1 Forsøgsbeskrivelse: Beskriv projektets forsøg. For at understøtte projektets formål er der udført både laboratorie og fuldskala forsøg til okkeropløsning i en iterativ proces, hvor forsøgene blev udført i laboratoriet først for at designe fuldskala anlæg. Resultaterne fra fuldskala blev repliceret i laboratorieskala for at finde en forklaring på fuldskalaresultaterne samt optimere fuldskala forsøgene. Disse resultater blev implementeret i fuldskala for at undersøge om resultaterne fra laboratoriet kunne opskaleres. Karakterisering af okkerslam: Da okkerslams karakter varierer afhængig af grundvandssammensætningen samt processerne på vandværket, blev okkerslam fra 2 forskellige vandværker fra Holbæk (Søndre og Langerød) undersøgt for følgende egenskaber: Tørstof Fe indhold Tungmetal indhold Andet indhold i okkeren Resultaterne fra disse undersøgelser anvendes til at undersøge anvendeligheden af okkerslammet på renseanlægget såsom Er tørstof indholdet for lavt til at anvende okkerslammet i fuldskala. Hvis tørstof indholdet er under 10% skal laves en forbehandling til at øge tørstof indholdet. Fe indholdet i okkerslammet afgør hvor meget okker der skal tilsættes og dermed hvor meget af den kommercielle Fe opløsning der kan erstattes af okkeren. Er tungmetal indholdet for højt til at anvende okkerslammet. Hvis tungmetal indholdet i renseanlæg slammet bliver højere end de tilladte værdier kan okkerslammet ikke udnyttes på renseanlægget. Er der andre metaller eller stoffer i okkeren som kan have betydning for udnyttelsen. Oplukning af okkerslam under anaerobe forhold i laboratorieskala:

5 4 Formålet med disse forsøg er at oplukke okkerslam under anaerobe forhold i laboratorietskala for at designe fuldskala forsøg. Der er udført 1 laboratorie forsøg Oplukning af okkerslam under anaerobe forhold i fuldskala rådnetank. Formålet med dette forsøg er at undersøge oplukning af okkerslam under anaerobe forhold i fuldskala samt mulighed for at recirkulere den opløste Fe fra okkeren i form af rejektvandet til det sted, hvor der doseres Fe. De indledende beregninger viste, at der tilsættes forholdsvis meget kommercielt Fe- produkt til at fjerne fosfor på Holbæk Renseanlæg. Da det tilsatte Fe på renseanlægget bliver omdannet til overskud af Jern hydroxider, som også er med i okkeren, blev det undersøgt hvordan de overskydende Jern hydroxider opløses i rådnetanken og den opløste Fe recirkuleres i anlægget. Dette blev udført ved at udføre ugentlige målinger i 3 måneder, hvor Fe og PO 4 - P koncentration i væsken, som kommer udefra rådnetanken samt i rejektvandet blev målt. Der blev målt yderligere parametre som er vist i tabel 1. Ingen dosering af okkerslam i fuldskala i dette forsøg. Oplukning af okkerslam med industrielt fremstillet surt jernklorid (PIX113) i laboratorieskala: Formålet med disse forsøg er at optimere oplukning af okkerslam med PIX 113. Der er udført indledende forsøg inden fuldskala forsøg for at designe fuldskala forsøg samt løbende forsøg for at understøtte fuldskala forsøg. Forsøgene er udført i forskellige skala, (100 ml kolber, 1 L flasker og 1 L målekolber), forskellige okker/pix forhold samt forskellige måder at tilsætte PIX (på en gang/i forskellige omgange). Sammenligning af fosforfjernelse med PIX113 i forhold til Okker: Formålet med disse forsøg er at undersøge om der er forskel i fjernelse af fosfor ved tilsætning af syreoplukket okker i forhold til tilsætning af kommercielt Fe i opløsning fra PIX113. Disse forsøg er udført i 2 typer vand: Hanevand fra DTU samt spildevand fra Lundtofte Renseanlæg. Oplukning af okkerslam med PIX113 i fuldskala samt pilotskala: Formålet med disse forsøg er at opskalere oplukning af okkerslam til fuldskala. Der er udført 5 fuldskalaforsøg samt 3 pilot skala anlæg for at opløse okkerslammet. 3.2 Forsøgsopstilling: Beskriv forsøgsopstilling og analyseprogram. Tabel 1 giver en oversigt over forsøgsopstilling samt analyseprogram. Tabel 1: Oversigt over forsøgsopstilling samt analyseprogram Forsøgstype Forsøgsformål Antal forsøg Analyse parametre Laboratorie Okkerslamsegenskaber 2 typer okkerslam Tørstof, metal indhold (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) Laboratorie Oplukning af okker med syre 4 forsøg med varierende Oplukning, tørstof, Fe

6 5 Laboratorie Laboratorie Fuldskala Fuldskala Pilotskala Oplukning af okker under anaerobe forsøg Fosfat fjernelses egenskaber af opløst okker Oplukning af overskydende Jern hydroxider i rådnetanken og recirkulering af opløst Fe Oplukning af okker med syre Oplukning af okker med syre okker/pix forhold 2 med dobbelt bestemmelser 2 forsøg med triple bestemmelser 3 måneder med målinger hver uge ph, Fe, slammets bundfældnings egenskaber ph, Fe, fosfat, metaller ph, Fe, fosfat 5 forsøg Oplukning 2 forsøg Oplukning 3.3 Dokumentation af funktionalitet: Her angives resultater i tabeller og grafer med diskussion af resultater. Der redegøres også for eventuelle problemløsninger i projektforløbet. Okkerslam egenskaber Tørstofindhold: Tørstof indholdet i okkerslammet fra Søndre og langerød vandværk varierede mellem 10-30%, dvs. okkeren kan anvendes uden forbehandling. Fe indhold: Fe indholdet i okkeren fra Langerød og Søndre vandværk var henholdsvis 0,34 og 0,35 g Fe/g TS okker. Disse værdier sammen med laboratorie forsøg blev anvendt til at beregne hvor meget okker, der skal tilsættes, samt hvor meget af forbruget af PIX kan erstattes af den årlige produktion af okkeren fra de forskellige vandværker i Holbæk. Tungmetal indhold: Tabel 1 viser metal indholdet i okkerslam fra Langerød vandværk, søndre vandværk og afvandet slam fra Holbæk renseanlæg. Det ses af tabellen at undtagen Cd er alle andre koncentrationer lavere end slam bekendtgørelsen. Cd koncentrationer var højere både i okkerslammet samt i afvandet spildevandsslam fra Holbæk renseanlæg. Disse undersøgelser viser at okkerslammet fra de 2 undersøgte vandværker kan genanvendes på Holbæk renseanlæg. Tabel 2: Tungmetal indholdet i okkerslam, spildevandsslam samt grænseværdier fra Slam bekendtgørelsen

7 6 Parameter Søndre Langerød Spildevandsslam Slam bekendtgørelse mg/kg TS mg/kg TS mg/kg TS As Cd 6 6 1,1 0,80 Cr Cu Ni Pb Zn Oplukning af okkerslam under anaerobe forhold Laboratoriskala forsøg Figur 1 viser resultaterne fra den anaerobe oplukning af okker i slammet fra Holbæk renseanlæg i laboratoriet. ph stiger i forsøget med okker, derimod falder ph i forsøgene uden okker. Dette er forventet, da oplukning af okker giver en ph stigning. Dette viser, at okkeren er opløst, men resultaterne for Fe koncentration viser, at den opløste okker ikke forbliver som opløst men bliver bundfældet igen og den endelige Fe koncentration i opløsning afhænger af ligevægtsbetingelserne. For eksempel er der højere opløst Fe i forsøg uden okker i forhold til forsøg med okker. Disse resultater viser at der opstår en ligevægt mellem opløste Fe koncentration, andre tilstedeværende ioner og ph og derfor er det under disse forhold ikke muligt at recirkulere den opløste Fe til doseringsstedet. Tilsætningen af Fe kan også have en effekt på slammets bundfældningsegenskaber. Figur 2 viser billederne fra forsøget. Det ses af disse billeder at slammets bundfældnings egenskaber forbedres ved tilsætning af okker i forhold til uden okker, hvor volumen af det bundfældet slam i de flasker med okker var ca. 500 ml. og i de flasker uden okker var 625 ml.

8 7 Figur 1: Effekten af okker tilsætning på ph og opløst Fe. Uden okker Med okker Uden okker Med Okker Figur 2: Effekten af okker tilsætning på bundfældning. Fuldskala forsøg Der tilsættes PIX113 på Holbæk renseanlæg for at fjerne fosfor og doseringen ligger på ca. 0,5-2,1 M Fe/M P fjernet (gennemsnit 1,5 M Fe/M P fjernet). Laboratorieundersøgelser viser at når slammet gennemgår anaerob udrådning i rådnetanke vil der være ca. 80 mg/l Fe i slammet fra rådnetanken. I projektet er det undersøgt hvor meget af det tilsatte Fe der bliver opløst i rådnetank og recirkuleret i form af opløst jern i rejektvandet. Derudover er det også undersøgt hvor meget fosfat der bliver recirkuleret i renseanlægget. Figur 3 viser Fe og fosfat indholdet i slammet samt i rejekt vandet. Endvidere viser figuren også ph fra de 2 steder. Fe indholdet i slammet ligger omkring mg/l og fosfat ligger i området mg/l. Både Fe og fosfat falder i rejektvandet til henholdsvis 0 6,2 mg/l og 1,84

9 8 12,34 mg/l. Da ph er en vigtig parameter, blev ph også målt i forsøgene. Som forventet stiger ph i rejektvandet i forhold til slammet. Resultaterne fra disse fuldskala undersøgelser viser at mulighederne for at internt recirkulere Fe ved anaerob udrådning af slam er meget lav på Holbæk renseanlæg. Endvidere viser resultaterne at fosfat koncentrationen i rejektvandet er meget lav, dvs. den interne belastning af fosfat er meget lav. Figur 3. Fe, fosfat og ph i vandet fra rådne tank og i rejekt vandet. Oplukning af okkerslam med syre i laboratorie, fuldskala og pilot skala forsøg Fuldskala, pilotskala og labskala forsøg blev udført i en iterativ proces. De første laboratorie forsøg blev udført for at undersøge hvor meget PIX der er nødvendigt for at oplukke okkeren. Resultaterne fra disse forsøg blev opskaleret til fuldskala forsøg og der blev udført 5 fuldskala oplukningsforsøg. Erfaringerne fra disse fuldskala forsøg viste at det ikke var så nemt at opskalere forsøgene. Se figur 4 for fuldskala opsætning. Der skulle generelt løbende foretages maskinelle optimeringer af anlægget. Derudover blev der identificeret yderligere nødvendige fokuspunkter: I det første forsøg var okkerslammet for tyndt. I det andet forsøg var der for mange trærødder i okkerslammet, som i de efterfølgende forsøg blev frafiltreret. Resultaterne fra de sidste 2 forsøg viste, at når PIXen tilsættes i flere omgange bliver der dannet klumper, som bliver hærdet med tiden og svære at genopløse. Endvidere viste erfaringerne fra fuldskala forsøgene at der skal fokuseres og optimeres på: - valg af praktisketankstørrelser Så der let kan påfyldes okker, - Let overførsel af opløst okker fra opløsningstank til doseringstank - Effektive omrørere i tankene som passer til fuldskala anlæg og de meget korrosive betingelser. - Skumdannelse under opløsningen. Derfor blev der udført forskellige lab forsøg for at optimere opløsning af okkeren samt opsat pilotskala anlæg for at teste disse resultater. Resultaterne fra laboratorie forsøg viste at PIXen skal tilsættes på en gang for at få oplukket

10 9 okkeren helt. Se figur 5 for hvordan disse forsøg ser ud i laboratoriet. Resultaterne fra pilotskala var i overensstemmelse med laboratorieskalaforsøgene. Se figur 6 for pilotskala opsætning. Figur 4: Fuldskala forsøg

11 10 Tilsætning af PIX i flere omgang Tilsætning af PIX på engang A Tilsætning af PIX i flere omgange Tilsætning af PIX på engang B Figur 5. Effekten af PIX tilsætning på en gang sammenlignet med flere omgang. A. 3 timer efter tilsætning B. 24 timer efter tilsætning.

12 11 Figur 6: Pilotskala forsøg Fjernelse af fosfat med okker opløst af syre Der er udført laboratorieforsøg for at undersøge om der er forskel i effektiviteten af jern til fældning af fosfor fra opløst okker i forhold til PIX 113. Resultaterne fra disse forsøg er vist i figur 7. Resultater er udført både i hanevand og i spildevand. Resultaterne viser, at der ikke er nogen signifikant forskel i fosfat fjernelsen ved brug af jern fra okker i

13 12 forhold til tilsætning af PIX. Den resulterende ph i hanevand og spildevand er højere ved tilsætning opløst okker i forhold til PIX. Spildevand Hanevand Fosfat (PO 4 -P mg/l) ph Fosfat (PO 4 -P mg/l) ph Tilsat Jern (M Fe/ M PO 4 -P) Tilsat Jern (M Fe/ M PO 4 -P) 7.5 PIX-PO4 Okker PO4-P PIX-pH Okker-pH Figur 7: Sammenligning af fosfat fjernelse og resulterende ph ved tilsætning af syre oplukket okker i forhold til PIX tilsætning i Spildevand og Hanevand. Okker PIX Figur 8: Billeder fra laboratorie forsøg, hvor der blev sammenlignet effekten af tilsætning af opløst okker i forhold til PIX dosering.

14 13 Økonomiske beregninger Det har ikke været muligt at udføre økonomiske beregninger, da der stadig mangler den endelige produkt samt erfaringer fra fuldskala forsøg til at beregninger driftsudgifterne. Konklusion Forsøg med anaerob oplukning har vist at denne metode allerede foregår på Holbæk renseanlæg, idet der tilsættes PIX til fosfat fjernelsen, som bliver omdannet til jern hydroxider/oxiderhydr(oxider). Disse Fehydr(oxider) bliver genopløst i rådnetanken. På baggrund af resultaterne vurderes at anaerob opløsning af okker i rådnetank ikke er egnet på Holbæk renseanlæg Anaerob oplukning af okkerslam kan anvendes på de anlæg, hvor der er biologisk fosfor fjernelse. Laboratorieresultater viser at jern fra opløst okker virker ligeså effektivt som fældningsmiddel for fosfor som kommercielle jernprodukter. Der er opnået mange erfaringer med at opløse okker med syre i et fuldskalaanlæg. Flere mulige optimeringstiltag og anlægsforbedringer er identificeret. Der mangler driftresultater med det endelige fuldskala anlæg til opløsning samt afsluttende forsøg i fuldskala til eftervisning af effekten af dosering af opløst okker til renseanlæg for fældning af fosfor, men de opnåede resultater tyder på, at det er en attraktiv måde til bortskaffelse af okkerslam og samtidig delvis erstatning for kommercielt fældningskemikalie. 4 Revisionserklæring 4.1 Vedlæg revideret og påtegnet projektregnskab, revisionsberetning og evt. meddelelser samt bemærkninger jf. VTU- Fondens revisionsinstrukser: Revisionsinstruks for tilskud ydet af Vandsektorens Teknologiudviklingsfond. For revision af regnskaber for projekttilskud på kr. og derover. Nærværende instruks trådte i kraft den 31. januar 2012.