Spildevand- Drift af kemiske anlæg

Transkript

1 Efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg og industri Spildevand- Drift af kemiske anlæg Undervisningsministeriet. Februar, Materialet er udviklet for Efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg og industri og revideret i samarbejde med Ulla Andrup Jensen og Erik Lomstein, AARHUS TECH. Materialet kan frit viderebearbejdes med angivelse af følgende tekst: Dette materiale indeholder en bearbejdning af undervisningsmateriale for Spildevand drift af kemiske anlæg, Februar, 2011 udviklet for Undervisningsministeriet af Efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg og industri 2011 kemiske anlæg.docx 1

2 Forord Dette kompendium er udviklet til brug for Efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg og industri (BAI, med støtte fra Undervisningsministeriet. Dette undervisningsmateriale er udarbejdet for at understøtte målet i følgende uddannelse: 44944, Spildevand drift af kemiske anlæg hvorved deltagerne - kan varetage den daglig drift af kemiske rensningstrin på baggrund af forståelse for de kemiske processer, herunder specielt fosforfældning. - kan beskrive funktion og flow for de almindeligste kemiske anlægstyper. - kan udføre de målinger og analyser, som er relevante for driften af kemiske anlæg. - kan selvstændigt planlægge, udføre, evaluere og præsentere forsøgsopstillinger, som illustrerer kemiske fosforfjernelse og bundfældning af suspenderet stof. - kan opstille gennemarbejdede forslag til optimering af de kemiske processer på egne anlæg. - kan agere hensigtsmæssigt i forhold til de sikkerhedsmæssige risici ved arbejde med fældningskemikalier. Målgruppe Uddannelsen henvender sig til personer der har eller ønsker beskæftigelse inden for spildevandsområdet. Kompendiet Udvalget takker faglærere, der har medvirket i udarbejdelsen af dette materiale. Herudover takker vi branchen for ideer til og konstruktiv kritik af materialet kemiske anlæg.docx 2

3 Indholdsfortegnelse Indhold Forord... 2 Indholdsfortegnelse... 3 Kemisk fældning... 5 Fældningskemikalier... 6 Fosfatfældningsmetoder... 8 Kemisk fjernelse af fosfor Driftsovervågning Tilløb og afløb Doseringsanlæg Flokkuleringtank Bundfældningstank Fældning med jern- og aluminium-salte Molforhold Alkalinitet og ph Fældning med kalk Løsning af driftsproblemer Dårlig rensning Fosforudfældning Flokkulering ph, dosering, indblanding Opholdstid Flokke ødelægges Kortslutningsstrømme Bundfældning Overbelastning Driftsinstruktion og driftsjournal Tilstopning Lagertank Kemikaliebeholdning Kemikaliekontrol Doseringsmængde Doseringsindstilling Molforhold Styringssystemer for dosering Konstant dosering Programdosering Stødpuder Industrispildevand Tungmetaller Organisk stof Vaskerispildevand kemiske anlæg.docx 3

4 Fældning af tungmetaller Brancher Elektrogalvanisering Tungmetaller Miljøfremmede stoffer Kravværdier Metaludfældning og slam-separering Udfældning Fældningsmiddel Slamseparation Cyanidoxidation og chromat-reduktion Cyanider Chromater Slambehandling Tyndslam Slamafvanding Principskitse Vaskerispildevand Fosfor Kvælstof Slampartikler Detergenter Olie Spildevandsrensning og forureningsbegrænsende foranstaltninger Forurening Neutralisation Slamseparation Fosforfjernelse Fjernelse af olie- og opløsningsmidler Opgaver Kemikalier Vejledninger til laboratorier forsøg Øvelse i fældningsreaktioner Kemisk fosforfjernelse Alkalinitet Forord... 2 Indholdsfortegnelse... 3 Kemisk fældning... 7 Fældningskemikalier... 8 Fosfatfældningsmetoder Kemisk fjernelse af fosfor Driftsovervågning Tilløb og afløb Doseringsanlæg Flokkuleringtank kemiske anlæg.docx 4

5 Bundfældningstank Fældning med jern- og aluminium-salte Molforhold Alkalinitet og ph Fældning med kalk Løsning af driftsproblemer Dårlig rensning Fosforudfældning Flokkulering ph, dosering, indblanding Opholdstid Flokke ødelægges Kortslutningsstrømme Bundfældning Overbelastning Driftsinstruktion og driftsjournal Tilstopning Lagertank Kemikaliebeholdning Kemikaliekontrol Doseringsmængde Doseringsindstilling Molforhold Styringssystemer for dosering Konstant dosering Programdosering Stødpuder Industrispildevand Tungmetaller Organisk stof Vaskerispildevand Fældning af tungmetaller Brancher Elektrogalvanisering Tungmetaller Miljøfremmede stoffer Kravværdier Metaludfældning og slam-separering Udfældning Fældningsmiddel Slamseparation Cyanidoxidation og chromat-reduktion Cyanider Chromater Slambehandling Tyndslam Slamafvanding Principskitse kemiske anlæg.docx 5

6 Vaskerispildevand Fosfor Kvælstof Slampartikler Detergenter Olie Spildevandsrensning og forureningsbegrænsende foranstaltninger Forurening Neutralisation Slamseparation Fosforfjernelse Fjernelse af olie- og opløsningsmidler Opgaver Kemikalier Vejledninger til laboratorier forsøg Øvelse i fældningsreaktioner Kemisk fosforfjernelse Alkalinitet kemiske anlæg.docx 6

7 Kemisk fældning Algeblomstring og tilvoksning af søer og vandløb kan hæmmes ved at reducere fosfatudledningerne. Under gunstige forhold er det muligt at fjerne fosfor ved biologisk rensning, Man har desuden arbejdet med forskellige elektrolytiske og fysisk-kemiske metoder, men foreløbig uden større udsigt til succes. Metoder, der bygger på kemisk fældning vist sig som værende seerdeles effektive. I henhold til Vandmiljøplanen skal der være mindre end 1,5 mg fosfor pr. liter i det rensede spildevand. Dette betyder, at omkring 90% af fosforet må fjernes. Forsøg og erfaringer har vist at dette er muligt med de metoder og kemikalier, man anvender i dag. I naturen foregår der til stadighed forskellige kemiske processer. I dag kender vi meget til disse processer. Det er denne viden, vi udnytter, når vi på renseanlæg anvender kemisk fældning. Vi udnytter ganske enkelt naturens egne processer til at fjerne uønskede stoffer i spildevandet. Fjernelse af fosfor ved kemisk fældning sker ved, at man tilsætter et metalsalt (jern, aluminium eller kalk) til spildevandet. Metalioner og fosfat kan tilsammen danne et tungt opløseligt stof. Me 3+ (opl.)+ PO 4 3- (opl)-> MePO 4 (fast) Dvs. der dannes små faste partikler i vandet. I spildevandet findes en mængde store og små partikler. Normalt er det ikke noget problem at udskille partikler over 1 µ (1 µ = mikrometer). Er de derimod mindre bundfælder de ikke særligt hurtigt som naturlig følge af tyngdekraften. De påvirkes derimod af overfladeladninger. Disse små partikler har en negativ elektrisk ladning på overfladen. De frastøder derfor hinanden ligesom to ens magnetpoler. For at få disse små partikler til at slå sig sammen til små fnug (kolloider) tilsættes et metalsalt med høj positiv ladning. Derved neutraliseres den negative ladning på overfladen. Partiklerne kan derefter samles i kolloider. Disse er så små, at de ikke kan fjernes, men blot kan ses som en uklarhed i vandet. Koagulering Kolloiderne samles derefter i mikroflokke. Denne proces kaldes koagulering. Flokkulering. Endelig sammenkiltes disse mikroflokke til store flokke ved flokkuleringsprocessen. Flokkene er nu så store, at de kan separeres fra vandet ved bundfældning, flotation eller filtrering. Formålet med en kemisk udfældning af fosfater ved hjælp af metalsalte er, at reducere spildevandets samlede fosforindhold. Tilsættes en tilstrækkelig mængde metalsalt, vil fosfater udfældes, hvorefter næsten alt spildevandets fosfor foreligger som slampartikler, der kan udskilles f.eks. ved bundfældning. Det er derfor vigtigt, at få store slampartikler, som kan sedimentere hurtigt og effektivt, så fosforreduktionen bliver så stor som mulig kemiske anlæg.docx 7

8 Sammenfattet kan vi sige, at man opnår den bedste fosforrensning ved at dosere en tilstrækkelig mængde af de rigtige fældningskemikalier under optimale flokkuleringsforhold efterfulgt af en effektiv slamseparering (normalt: bundfældning). Udover en god fosforrensning opnår man endvidere en bedre rensning for organisk stof og suspenderet stof, end man opnår ved en mekanisk rensning. Det skyldes, at man får flokkuleret de små organiske kolloider. Desuden opnås en bedre bundfældning af suspenderet stof. De tilsatte fældningskemikalier medgår altså ikke kun til selve fosfatfældningen Sideløbende med udfældningen af fosfater vil ferri- og aluminiumoner også medføre en udfældning af de hydroxider og carbonater i spildevandet. Det betyder, at man ikke blot kan nøjes med at tilsætte kemikalier nok til at udfælde fosfaten. Erfaringen viser, at der typisk skal bruges % mere. Fældningskemikalier Nedenstående er vist den kemiske udfældningsproces for de 4 almindeligste fældningskemikalier: Aluminiumsufat Kemisk betegnelse: Al 2 (SO 4 ) 3, (14-18 H 2 O) I praksis leveres aluminiumsulfat med molekyler krystalvand hæftet på således, at det aktive indhold af aluminium pr. kg salt er noget mindre, end man umiddelbart skulle forvente - ca. 9%. Når en opløsning af aluminiumsulfat tilsættes spildevandet, reagerer de positive aluminiumioner med de negativt ladede hydrogenfosfat ioner PO efter følgende reaktionsskema: Al 3+ + HPO 4 2- > AlPO 4 + H + Aluminiumfosfat (AlPO 4 ) er tungtopløseligt og vil kunne udfælde som tidligere beskrevet. Bemærk at der dannes brintioner (H + ved processen. Dette betyder en sænkning af phværdien, Den bedste udfældning for aluminiumfosfat fås ved omkring ph 6. Parallelt hermed sker udfældning af aluminiumhydroxid efter følgende reaktionsskema: Al H 2 O -> Al(OH) 3 + 3H + Aluminiumhydroxid (Al(OH) 3 ) er voluminøst og virker således som flokkuleringsmiddel. Også ved denne proces dannes brintioner med yderligere sænkning af ph som følge. Det vil være problematisk at lede det "sure" vand direkte ud i recipienten, hvorfor det ofte er nødvendigt at regulere ph efter fældningen. Doseringen af aluminiumsulfat beregnes ud fra indløbsvandets indhold af fosfat. Ekstradosering for at sænke ph kan dog være nødvendigt. Ferrosulfat Kemisk betegnelse: FeSO 4, (7H 2 O) 2011 kemiske anlæg.docx 8

9 Som det ses af ovenstående, leveres ferrosulfat med 7 molekyler krystalvand hæftet på. Det aktive indhold af jern er ca. 20%. Ferrosulfat kan også fås som et monohydrat dvs. med et molekyle krystalvand, men det anvendes almindeligvis ikke til kemisk fældning, da det er et dyrere produkt. Ferro (Fe 2+ ) jernsalte bruges ofte som fældningsmiddel i forbindelse med simultanfældning - altså samtidig med den biologiske rensning. Ferrosulfat kan dog også anvendes til forfældning sammen med kalk, idet fældningen her optimalt foregår ved en ph-værdi på ca. 8,5. Ved tilsætning til luftningsbassinet vil jernet (ferroionerne) blive iltet. 4Fe 2+ + O 2 + 4H + -> 4Fe H 2 O Det er ferri-ionerne (Fe 3+ ), der er aktive ved udfældningsprocessen, som foregår efter nedenstående reaktionsskema: Fe 3+ + HPO > FePO 4 + H+ Her er det stoffet ferrisulfat (FePO 4 ), der er tungtopløseligt. Som ved fældning med aluminium sker der også ved fældning med jernsalte en parallel proces efter følgende reaktionsskema: Fe 3+ +3H 2 O -> Fe(OH) 3 + 3H + Det fnuggede jernhydroxid (Fe(OH)3) virker som koaguleringsmiddel. Som ved tilsætning af aluminiumsulfat dannes der også her brintioner (H + ). ph-værdien sænkes. Da den samtidige biologiske iltningsproces også kan sænke ph, risikerer man værdier helt ned ti Man bør i den forbindelse være opmærksom på, at den optimale ph-værdi for de biologiske processer ligger omkring 7. Det kan derfor være nødvendigt med tilsætning af kalk for at sikre de biologiske processer Ferriklorid Kemisk betegnelse: FeC1 3, (6H 2 O) I praksis fremstilles ferriklorid med 6 molekyler krystalvand hæftet på. Det aktive indhold af jern udgør også her ca. 20%. Ved tilsætning af ferri jernsalte til spildevandet fås opløste ferri-ioner. Udfældningsprocessen bliver den samme som for ferrosulfat. Igen dannes det tungtopløselige ferrifosfat (FePO 4 ). Vi opnår også her den parallel proces med udfældning af jernhydroxid, ligesom dannede brintioner medvirker til en sænkning af ph. For begge jernsalte gælder, at doseringen skal afpasses efter den mængde fosfat, der tilføres med spildevandet, idet vi skal udfælde opløst orthofosfat. Hertil kommer et behov for en vis overdosering. Kalk Kemisk betegnelse: CaO (brændt kalk) eller Ca(OH) 2 (hydratkalk) kemiske anlæg.docx 9

10 Fældning med kalk anvendes normalt i forbindelse med forfældning/direkte fældning beskrives senere). Kalk som fældningsmiddel bygger på dets evne til at danne tungtopløselige fosfater. Ved tilsætning af aluminium og jern fås ofte vi en ph-værdi på 4-6. Ved tilsætning af kalk får vi et højt ph, og en ph-værdi på ca. 11 er meget normalt, hvis der skal opnås et godt resultat ved rensningen. Når calciumionerne (Ca 2+ ) tilsættes spildevandet, fås følgende reaktion med fosfatindholdet: 5Ca H 2 PO 4 + 7OH - -> Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 + 6H 2 O Det udfældede tungtopløselige stof er i denne forbindelse calciumhydroxyapatit, Ca 5 (OH)(PO 4 ) 3 men også andre calciumfosfatforbindelser er mulige. En vigtig sidereaktion ved fældning med kalk ses af følgende reaktionsskema: Ca HCO H - -> CaCO 3 + CO H2 O Det udfældede calciumkarbonat (CaCO 3 ) gør fosfatflokkene tungere. Det giver en bedre bundfældning. Det er ikke i første række fosfatindholdet i vandet, der bestemmer dosering af kalk. Den nødvendige dosering afhænger i højere grad af vandets hårdhed og ph-værdi. Det rensede spildevand vil nu være stærkt basisk. Derfor kan man ikke lede det direkte ud i recipienten. Vi må først neutralisere vandet. Dette kan gøres ved en efterfølgende biologisk rensning eller ved tilsætning af syre. Aluminiumsulfat, ferrosulfat, ferriklorid og kalk er altså med forskellige egenskaber anvendelige i forbindelse med fosforreduktion. I praksis indkøbes disse i forskellige forbindelse - ofte som kombinationskemikalier. Fosfatfældningsmetoder Ved kemisk rensning findes der principielt 3 forskellige metoder. Disse har navn efter, hvor i renseprocessen fældningskemikaliet tilsættes. Forfældning/direkte fældning Forfældning og direkte fældning ses ofte beskrevet som 2 forskellige fældningsmetoder. Her vil vi imidlertid tillade os, at betragte dem under et. Forskellen er den, at der ved direkte fældning ikke foregår en efterbehandling i form af biologisk rensning. Direkte fældning Fældningsmidlet tilsættes et flokningsbassin mellem sandfang og bundfældningsbassin. Kemikaperne tilsættes i særlige blandningskamre med hurtig omrøring og passerer derefter flokningskamre med langsom omrøring. De dannede flokke fjernes derefter ved sedimentering eller flotation, hvorefter vandet ledes ud i recipienten kemiske anlæg.docx 10

11 Kemikalier Som fældningskemikalie ved direkte fældning kan man anvende aluminiumsalte, ferrisalte eller kalk. Ferrosalte kan også anvendes sammen med kalk ved en fældnings-ph på ca. 8,5 - Ved flokningen og den senere bundfældning fjerner man ikke kun en god del fosfor, men også en stor del af den organiske forurening (BI 5 ). Forfældning Ved forfældning tilsættes fældningskemikalierne til spildevandet før den biologiske rensning. Som ved direkte fældning fjerner man også her en stor del af den organiske forurening (BI 5 ). Dette betyder en aflastning af det biologiske trin. Vandets opholdstid i det biologiske anlæg kan formindskes, og der kræves mindre beluftning. Der kan dog fjernes så meget organisk stof at der ikke er tilstrækkeligt til at denitrifikationen fungerer Forfældning giver også en god beskyttelse mod skader som følge af evt. forgiftning evt. et industrielt udslip. Hovedparten af den fældede fosfor vil samle sig i det primære slam. Det biologiske trin er baseret på mikroorganismers evne til rensning. Disse organismer har behov for en vis mængde fosfor. Man må derfor ikke fjerne for meget fosfor under den kemiske rensning. Kemikalier Som fældningskemikalier kan man ved forfældning anvende aluminiumsalte, ferrisalte og kalk samt ferrosulfat + kalk. Hvis man fælder med kalk alene, må ph-værdien kun reguleres til max. 9-9,5. Bliver ph højere kan det biologiske trin ikke fungere. Simultanfældning Ordet simultan betyder samtidig. Ved simultanfældning forstås, at den kemiske renseproces og den biologiske renseproces foregår samtidig. Ved simultanfældning tilsættes fældningskemikaliet i luftningsbassinet i det biologiske trin. Man har derfor ikke særlige blandingskamre eller flokningskamre ved denne fældningsmetode. Fremgangsmåden betyder at den kemiske rensning er underlagt den biologiske rensning. Simultanfældning er den mest udbredte metode, når det gælder fosforfjernelse. Kemikalier Som fældningskemikalier kan man ved simultanfældning bruge aluminiumsalte og jernsalte - såvel ferri som ferro. I praksis anvendes helt overvejende ferrosalte her i landet, men man må være opmærksom på, at, det kræver øget beluftning. Efterfældning Ved efterfældning tilsættes kemikalierne efter den mekaniske og biologiske rensning. Efter den biologiske rensning fjernes det bundfældede slam. Ved at lade en kemisk rensning efterfølge den biologiske rensning opnås, at man ikke behøver fjerne det biologiske slam fuldstændigt. Restslammet vil blive fjernet under den kemiske renseproces kemiske anlæg.docx 11

12 Ved efterfældning opnås desuden den fordel, at man kan belaste den biologiske del hårdere end hvis denne står alene. Efter den biologiske slamudskilning tilsættes kemikalier i et blandingskammer med hurtig omrøring. Vandet passerer derefter flokningskamrene, hvor flokkene dannes under langsom omrøring. Derefter løber det ud til slamudskilningsanlægget. Slammet kan udskilles ved sedimentering eller ved flotation. I praksis anvendes der overalt i Danmark bundfældningsbassiner ved de kommunale anlæg, medens man anvender flotationsanlæg på enkelte industrielle renseanlæg. Ved efterfældningsanlæg kan man typisk opnå de laveste værdier for restindhold af fosfor. Ulemper ved efterfældning er, at man får et kemisk slam, der er både voluminøst og vanskeligt at afvande. Kemikalier Ved efterfældning er aluminiumsulfat velegnet som fældningskemikalie, da spildevandet ofte vil kunne ledes videre til recipienten uden efterbehandling. I tilfælde af meget blødt vand med lav alkalitet kan ph dog falde så meget, at en regulering med base nødvendiggøres af hensyn til recipienten. Renseeffektivitet Det er vanskeligt generelt at sige noget om effektiviteten af den kemiske rensning, da en mængde faktorer så som anlægstype, dosering, styring, kemikalie, indløbskoncentration, phværdi, flokkulering og bundfældning har stor betydning for det endelige renseresultat. Renseeffektiviteten for fosfor kan angives på to måder: - fosforkoncentration - rensningsgrad Fosforkoncentrationen i det rensede vand er den mest relevante måde, da det direkte fortæller noget om, hvor meget fosfor, der ledes ud i recipienten. Fosforkoncentrationen i det rensede vand kan direkte bruges til en vurdering af, hvor godt et givent fældningsanlæg fungerer. Rensningsgraden opgives normalt som den procentvise reduktion, og den beregnes efter formlen: Re nsningsgra d P( ind ) P( ud) P( ind ) 100% Rensningsgraden er altså et mål for, hvor stor en del af den tilførte fosfor, der er blevet fjernet ved rensningen. Vi har tidligere set på, at man også fjerner organisk forurening (målt som COD eller BI 5 ) ved fosfatfældningen. Vi vil derfor også se lidt nærmere på denne parameter ved den kemiske fældning kemiske anlæg.docx 12

13 I tabellen er der angivet den omtrentlige effekt ved de forskellige metoder. reduktion i % Metode COD og BOD Total-P Mekanisk Biologisk Direkte fældning Forfældning Simultan fældning kemiske anlæg.docx 13

14 Kemisk fjernelse af fosfor Driftsovervågning Ved driftsovervågningen vil vi ud fra observationer, målinger og analyser følge fældningsprocessen, så vi til enhver tid kan vurdere, om alle funktioner er i orden. Det giver os mulighed for at gribe ind, når doseringen eller styringen af en eller anden grund svigter. Det sætter os endvidere i stand til at vurdere, om rensningen i det hele taget er tilfredsstillende, og hvor der eventuelt kan ændres noget i metode, procesudformning, kemikaliedosering eller styringsparametre. Det er vigtigt at kontrollere spildevandets sammensætning både før og efter den kemiske fældning for at kunne gennemføre en kvalificeret overvågning af fældningsprocessen. Der er naturligvis nogle parametre, der er mere interessante at fælde end andre, og det vil vi se nærmere på i dette afsnit. Der er forskel på, om fosforfældningen foretages som forfældning, simultanfældning eller efterfældning, idet spildevandets sammensætning både før og efter fældningen vil være ret forskellig i de tre tilfælde. I skema 1 er på oversigtsform anført en række vigtige observationer, målinger og analyser, som kan eller bør laves i forbindelse med fældningsprocesser. I det følgende vil vi forklare de enkelte ting punkt for punkt og knytte nogle kommentarer til, hvorledes resultaterne kan bruges, og hvad der eventuelt kan beregnes ud fra dem kemiske anlæg.docx 14

15 Skema 1: Oversigt over observationer, målinger og analyser for et kemisk fældningsanlæg. Sted Observationer Målinger og analyser Tilløb til fældningsanlæg Udseende ph COD BI 5 Total-P Orthofosfat Alkalinitet Suspenderet stof Doseringsanlæg Flokkuleringstank Bundfældningstank Maskinfunktion Tilstopning Lagertank Opblandingssystem Flokdannelse Aflejringer Flydeslam Slamindhold Flydeslam Strømningsforhold Dosering Kemikaliekoncentration Kemikaliebeholdning ph Total-P Alkalinitet Bundfald Sigtdybde Turbiditet Afløb fra fældningsanlæg Udseende ph COD BI 5 Total-P Orthofosfat Alkalinitet Suspenderet stof Restkemikalier 2011 kemiske anlæg.docx 15

16 Tilløb og afløb Udseende Det er vigtigt, at driftspersonalet løbende følger de forandringer, der måtte være i udseende og lugt i såvel tilløb som afløb fra det kemiske anlæg. Ændringer i tilløbet kan indvirke på fældningsprocessen, og ændringer i afløbet kan tyde på forstyrrelser i renseprocessen. Normalt kan disse observationer ikke stå alene, men de må følges op med relevante check samt eventuelt målinger og analyser. ph ph-værdien eller surhedsgraden er en vigtig parameter ved selve fosfatfældningsprocessen. I tilløbet til fældeanlægget vil ph normalt ligge omkring neutralt (6,7-7,5). Afvigende værdier kan tyde på unormale alkalinitetsforhold i vandet. I afløbet vil for høj ph-værdi typisk skyldes overdosering med kalk, medens for lav ph-værdi kan skyldes overdosering med fældningskemikalier. ph bør måles kontinuert. Hvis ikke det er muligt, bør der udtages jævnlige øjebliksprøver, som straks måles. Derimod har måling af ph i blandingsprøver (dag- eller døgnprøver) ikke den store værdi, da man ikke her kan se eventuelle tidsmæssige variationer. Bliver en prøve for gammel, kan prøvens ph være ændret i forhold til prøvetagningstidspunktet. COD og BI 5 Spildevandets indhold af organisk stof kan måles som COD eller BI 5. Disse størrelser har ikke nogen direkte betydning for selve fosfat fældningen. Alligevel bør mindst en af disse parametre følges, så man kan se hvor stor reduktion af organisk stof, der sker ved den kemiske fældning. Ved direkte fældning har det betydning at kende det organiske stofindhold både før og efter fældningen, for dels at kunne beregne rensningsgraden, og dels at kunne kontrollere det udledte spildevand. Da direkte fældning er en slutrensning, skal fældningen være optimal både med hensyn til fjernelse af fosfor og organisk stof. Også ved forfældning har det en vis betydning at kende det organiske stofindhold, da man i fældningsprocessen har mulighed for at styre den organiske belastning for den efterfølgende biologiske rensning. Ved forfældning opnås typisk en reduktion af organisk stofindhold gå 60-80%. Ved simultanfældning og efterfældning er det organiske stofindhold naturligvis en vigtig parameter. Det er et udtryk for, hvor godt rensningsresultat, der totalt opnås på det på gældende renseanlæg kemiske anlæg.docx 16

17 Total P Spildevandets totale fosforindhold er en af de vigtigste målestørrelser ved en kemisk fældningsproces. Dels stilles der krav til total-p i det rensede spildevand, og dels kan man beregne renseeffekten for fældningsanlægget ved at sammenholde total-p i tilløb og afløb. Kontrol af total-p i afløb, bør foretages dagligt. Ved forfældning opnås typisk en renseeffekt for total-p gå 70-90% Orthofosfat Ortofosfat er en vigtig målestørrelse i tilløbet, da man kan fastlægge og vurdere kemikaliedoseringen ud fra indholdet af orthofosfat. Også i afløbet har det betydning at kende orthofosfatindholdet, da indholdet af opløst orthofosfat fortæller, om selve den kemiske udfældning har været effektiv. Alkalinitet Alkaliniteten er et udtryk for spildevandets bufferkapacitet eller stødpudevirkning. En række opløste salte fungerer som stødpude, der er i stand til at optage syre eller base uden mærkbare ph-ændringer. Det betyder, at man ikke vil få nogen nævneværdig ændring af ph-værdien ved tilsætning af syre eller base, hvis spildevandet har en høj alkalinitet. Normalt ligger spildevandets alkalinitet på 1-3 mekv/liter (mekv = millikvivalent). Alkaliniteten har således indirekte stor betydning for fosfatfældningen. Vi vil vende tilbage til dette forhold senere. Suspenderet stof Indholdet af suspenderet eller opslemmet stof har størst betydning for afløbet. Stort indhold tyder enten på en dårlig flokkulering eller en dårlig bundfældning. Det resulterer samtidig i forhøjet indhold af total-p, fordi alt fosfor bør foreligge som slampartikler efter den kemiske fældning. Med en god flokkulering og bundfældning bør indholdet af suspenderet stof i afløbet ligge under 20 mg/l. Restkemikalier Hermed forstås afløbets restindhold af aluminium eller jern stammende fra de tilsatte fældningskemikalier. Analysen laves på en ufiltreret prøve. Indhold af aluminium skal være mindre end 1 mg/l og indhold af jern mindre end 2 mg/l. Ved en analyse på en ufiltreret prøve er de tilsvarende værdier 0,2 og 0,2 mg/l, og denne analyse viser, om de tilsatte kemikalier er fældet fuldstændigt. Doseringsanlæg Doseringssystemet er allerede omtalt tidligere, hvor vi har været inde på, hvad der skal observeres og kontrolleres. Vi kan her kort repetere. Maskinfunktion Her kontrolleres doseringsudstyret, og om der kommer kemikalier frem til doseringsstedet kemiske anlæg.docx 17

18 Tilstopning Lange rørforbindelser frem til doseringsstedet øger risikoen for tilstopning. Specielt kalk og aluminiumsulfat kan give problemer. Lagertank Kemikalieudfældninger i lagertanke checkes, og det kontrolleres jævnligt, om tankene korroderer, som følge af de aggressive kemikalier. Brodannelse og sammenklumpninger i siloer må ikke forekomme. Opblandingssystem Opblanding af faste kemikalier til opløsninger eller opslemninger kan foregå portionsvis eller kontinuert. De kontinuerte systemer kræver en præcis automatisk styring af blandingsforholdet mellem vand og kemikalier. Samtidig skal omrøring og opblanding af de tørre kemikalier være god. Disse forhold må dagligt kontrolleres. Dosering Doseringskapaciteten kontrolleres jævnligt ved at måle doseringen over en kortere periode (1-2 min), og der omregnes til liter/time eller kg/time. Hvis der er afvigelse fra den foreskrevne værdi, ændres indstillingen til den korrekte, når en eventuel fejl er udbedret. Kemikaliekoncentration Ved nye leverancer kontrolleres koncentrationen af de anvendte fældningskemikalier ved en kemisk analyse eller anden måling. Lagerbeholdning Kemikaliebeholdningen aflæses med jævne mellemrum. Forbruget i kg/døgn beregnes mellem hver aflæsning. Årsagen til eventuelle afvigelser fra normalforbruget søges og eventuelle fejl afhjælpes. Flokkuleringtank Flokkulering Det er kun de færreste anlæg, der har en egentlig flokkuleringstank, hvor kemikalierne doseres under passende omrøring. En korrekt udformning og styring af flokkuleringstanken er de bedste omstændigheder for en fuldstændig fosfatudfældning med god flokkulering. Ved en god flokkulering får man forholdsvis store slamflokke, som sedimenterer hurtigt. Flokkene kan dog ødelægges igen ved for kraftig omrøring, eller hvis man på anden vis udsætter dem for kraftige mekaniske påvirkninger. Undertiden kan man med fordel anvende organiske polyelektrolytter som hjælpeflokkuleringsmidler kemiske anlæg.docx 18

19 I praksis bliver der ofte doseret i udløbet fra sandfang, i tilførselskanaler til primærtank eller direkte i beluftningstanken, og det giver som regel acceptable resultater. Ved nyanlæg er der dog ikke tvivl om, at det er bedst med en egentlig flokkuleringstank. Flokdannelse Flokkene bør være store (1-5 mm) og velafgrænsede med klart vand imellem. Det skal kontrolleres dagligt. Aflejringer Især på bunden kan der komme aflejringer, og disse skal fjernes efter behov. Flydeslam Flydeslam kan ikke helt undgås, og det fjernes efter behov. Analyser ph, total-p og alkalinitet kontrolleres som de vigtigste kemiske faktorer, der har betydning for udfældningen. Forklaringen på funktionen af disse størrelser er givet tidligere i dette afsnit. Bundfældningstank Effektiviteten af bundfældningstanken er afgørende for, hvor godt resultatet bliver af den kemiske fældning, og den skal derfor ofres særlig opmærksomhed. Sagt med andre ord, så hjælper det ikke at gøre fældning og flokkulering nok så god, hvis ikke bundfældningstanken kan udskille de dannede slampartikler. Slamniveau Slamniveauet i bundfældningstanken skal være så lavt, at det allerede bundfældede slam ikke hvirvles op og går med i udløbet. Omvendt skal der dog være så meget slam på bunden, at det udpumpede slam får et passende højt tørstofindhold. I cirkulære spidsbundede tanke skal slamlaget være mindst 1,0-1,5 m under vandoverfladen. Undgå at slammet opholder sig så længe i tanken, at det går i forrådnelse. Flydeslam Flydeslam fjernes efter behov. Er problemet stort, må årsagen klarlægges og eventuelt afhjælpes. Strømningsforhold Strømningsforholdene skal være rolige og der må ikke forekomme usymmetriske belastninger eller kortslutningsstrømme. Med flere parallelle bundfældningstanke skal de belastes ligeligt. Bundfald 2011 kemiske anlæg.docx 19

20 Indholdet af bundfældelige stoffer i ml/l bør måles dagligt i spidsglas. Målingen giver et udmærket indtryk af, hvor effektiv bundfældningstanken fungerer. En velfungerende bundfældningstank bør kunne komme under 0,1 ml/l, men værdier op til 0,3 ml/l må betegnes som acceptable. Bundfaldet kan også måles som indholdet af suspenderet stof. Det er en mere præcis måling, men den er også mere besværlig at lave. Det gode ved spidsglasmålingen til driftsmæssig brug er, at man samtidig får et godt visuelt indtryk af det rensede vand. Sigtdybde Sigtdybden er en god driftsparameter til vurdering af vandets klarhed og dermed bundfældningstankens effektivitet. Hvis sigtdybden ved direkte fældning og efterfældning er større end 120 cm er resultatet meget fint, men værdier mellem 60 og 120 cm er acceptable. Turbiditet Turbiditeten (dvs. uklarheden) er et andet mål for effektiviteten af en bundfældningstank. Denne måling kan laves som en kontinuert måling i udløbet fra bundfældningstanken, hvilket giver et godt billede af bundfældningstankens funktion. Der vil således normalt være en ret entydig sammenhæng mellem turbiditeten og spildevandets slamindhold. Fastlæggelse og indstilling af dosering Vi har allerede flere gange været inde på den kemiske fældningsproces, og vi vil nu gå mere i dybden med, hvorledes man fastlægger og indstiller doseringen. Alt andet lige skal man af økonomiske grunde altid prøve at holde tilsætningen af fældningskemikalier så lav som mulig, men doseringen skal selvfølgelig være høj nok til at give en effektiv udfældning. Det kan anbefales, at man laver fældningsforsøg i laboratorieskala på det aktuelle spildevand, før man starter i praksis. Ud fra dette udgangspunkt kan man så prøve sig frem under praktiske forhold og få doseringsmængder og styringssystem finjusteret. Fældning med jern- og aluminium-salte Aluminium og jern Når man fælder med aluminium- og jernsalte er doseringen afhængig af fosforkoncentrationen, spildevandets alkalinitet og indholdet af kolloide partikler. Molforhold Molforholdet for den aktive bestanddel i fældningskemikaliet og spildevandets orthofosfatindhold benyttes hyppigt ved vurdering af kemikaliedoseringen. I skema 2 er anført den aktive bestanddel (k) i mol/g for en række udvalgte fældningskemikalier kemiske anlæg.docx 20

21 2011 kemiske anlæg.docx 21

22 Skema 2 : Aktiv bestanddel af udvalgte fældningskemikalier Fældningskemikalie Aluminiumsulfat Tørt produkt Jernchlorid Jern(II)sulfat, monohydrat, Granuleret produkt Jern(II) sulfat, heptahydrat, Fast halvtørt produkt Aktiv del (k) 0,0033 mol/g 0,0022 mol/g 0,0063 mol/g 0,0032 mol/g Molforholdet kan beregnes efter formlen: Molforhold Dosering _ i _ mol 31 g orthofosfat _ i _ mol g Et molforhold metal/fosfat på 1,5-2,0 vil normalt være tilstrækkeligt til en fuldstændig udfældning. Alkalinitet og ph Tilsætning af jern- og aluminiumssalte giver en ph-sænkning, og den resulterende ph-værdi er afhængig af spildevandets alkalinitet og den doserede mængde. For aluminiumssalte er den bedste ph-værdi omkring 6,0, og for ferrisalte omkring 5,5. Alkalinitetssænkningen som funktion af doseringsmængden for en række almindelige fældningskemikalier er vises i udleveret figur Man kan populært sige, at ph først falder, når man har tilsat så stor en kemikaliemængde, at spildevandets alkalinitet er brugt op. Ved forfældning og direkte fældning er alkaliniteten normal så høj, at der skal tilsættes væsentlig flere kemikalier end nødvendigt ud fra fosfatindholdet for at komme ned på den optimale fældnings-ph. I stedet for denne overdosering kan man eventuelt dosere syre, men det må komme an på en teknisk og økonomisk vurdering. Ved simultanfældning og efterfældning kan der opstå problemer, hvis anlægget drives med nitrifikation, hvorved spildevandets alkalinitet falder. Her kan det blive nødvendigt at øge alkaliniteten ved tilsætning af kalk kemiske anlæg.docx 22

23 Fjernelse af organisk stof Ved direkte fældning ønsker man normalt både en fosfatfjernelse og en stor reduktion af det organiske stofindhold i spildevandet. Det vil ofte kræve en større dosering af fældningskemikalier end til en fuldstændig fosfatfældning alene, hvilket skyldes, at vi også skal have flokkuleret spildevandets indhold af organiske kolloider. Fældning med kalk Kalkfældning Ved fældning af fosfat med kalk kræves en høj ph-værdi, og alkaliniteten har stor betydning for doseringsmængden. En ph-værdi på ca. 11 er ikke ualmindelig. Løsning af driftsproblemer Vurdering af renseproces Vi vil i dette afsnit give en vejledning i at vurdere funktionen af den kemiske fældningsproces. Formålet er at finde frem til den rigtige måde at køre anlægget på. Når årsagen til dårlige driftsresultater findes, gælder det om at få rettet fejlene, så rensningsresultatet fremover bliver godt og stabilt. Det kan i nogle tilfælde kræve større eller mindre ændringer i anlægsopbygning. I nogle tilfælde skal styringen og doseringen måske ændres og i andre tilfælde skal drifts-og vedligeholdelsesrutiner lægges om. Vejledende værdier I skema 3 er samlet en række af de vigtigste måle- og analyseparametre for et fældningsanlæg, og i hvert enkelt tilfælde er anført talværdier for en god (G) og en acceptabel (A) rensning. For COD og BI 5 er der i et par tilfælde angivet rensningsgraden i stedet for koncentrationen efter den kemiske fældning. Under ph er anført de optimale fældningsområder for fire slags fældningskemikalier. Her forudsætter ferrosaltene, at der samtidig doseres kalk, hvilket ikke fremgår af skemaet. Skemaet kan ikke bruges til at løse driftsproblemer, men det vil forhåbentligt være en nyttig hjælp, når man skal vurdere rensefunktionen på anlægget. På den måde kan det blive et vigtigt redskab i den daglige drift kemiske anlæg.docx 23

24 Skema 3: Vejledende værdier for vigtigste analyseparametre for et kemisk fældningsanlæg. Parameter Direkte fældning Forfældning Simultanfældning Efterfældning ph Al Fe(3) Fe(2) Ca 5,5-6,5 5,0-6,0 8,0-8,5 9,5 5,5-6,5 5,0-6,0 8,0-8,5 9,5 6,5-7,5-6,5-7,5-5,5-6,5-8,0-8,5 - COD mg/l BI 5 mg/l SS mg/l G A G A G A * Afhænger af koncentrationen i tilløbet * Afhænger af koncentrationen i tilløbet < * Afhænger af koncentrationen i tilløbet * Afhænger af koncentrationen i tilløbet < < < < < Bundf. ml/l G A < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 Sigtd. cm G A > > > > Total-P G mg/l A < 0,5 0,5-1,0 < 1,0 1,0-2,0 < 0,6 0,6-1,5 < 0,4 0,4-0,7 Ortho-P G mg/l A < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 < 0,1 0,1-0,3 Rest Al mg/l G A <0,5 0,5-1,5 - <1,0 Rest Fe. G mg/l A < 1,0 0,5-1,5 - < 2,0 G = god rensning A = acceptabel rensning * Man kan ofte opnå en 60-80% reduktion af BI 5 og COD kemiske anlæg.docx 24

25 Dårlig rensning Såfremt man ved den kemiske fældning ikke opnår en tilfredsstillende rensning, vil man kunne henføre problemerne til en eller flere af nedenstående processer: a. Fosforudfældningen b. Flokkuleringen c. Bundfældningen. Vi skal i det følgende se nærmere på disse processer for at identificere eventuelle driftsproblemer og komme med forslag til en løsning af dem. Fosforudfældning Problem: Dårlig udfældning Indikation: Orthofosfat-P > 0,1 mg/l Total-P > 1,0 mg/1 Årsag: 1. For lav dosering 2. Forkert ph 3. Dårlig indblanding Afhjælpning af fejl: Dosering Doseringen bør kontrolleres med hensyn til maskinelle fejl og styringsfejl. Hvis disse forhold er i orden bør et nøjere molforhold eventuelt forsøges. ph Det kontrolleres, om ph ligger i det optimale område (se figur 4). Hvis der findes et phstyringssystem med ph-måleudstyr, kontrolleres først om elektroden er renset og kalibreret. Styres ph af en syre- eller basedosering checkes, at doseringssystemet fungerer. Lav ph Hvis ph er for lav ved en aluminium- eller ferrifældning, må doseringsmængden af fældningsmidlet sættes ned, eller en eventuel syretilsætning må reduceres. Er det ikke muligt, kan en kalktilsætning blive aktuel. Ved forfældning med ferrosulfat og kalk, eller ved en ren kalkfældning skal der doseres mere kalk, hvis ph er for lav. Høj ph Ved for høj ph kan man øge doseringen af ferrisalte og aluminiumsalte eller eventuelt øge syredoseringen. Ved forfældning med ferrosulfat og kalk eller kalk alene reduceres kalkdoseringen kemiske anlæg.docx 25

26 Dårlig indblanding Hvis kemikalieindblandingen er dårlig, risikerer man en ufuldstændig udfældning. Kemikalierne skal doseres på et sted med kraftig turbulens, så de hurtigt fordeles til alt spildevandet. Flokkulering Problem: Dårlig flokkulering Indikation: Bundfald (2h) > 0,3 ml/l Bundfald (24h) < 0,3 ml/l Suspenderet stof > 20 mg/l Sigtdybde < 60 cm Orthofosfat-P < 0,1 mg/l Total-P > 1,0 mg/l Årsag: 1. For lav dosering 2. Forkert ph 3. Dårlig indblanding 4. For kort opholdstid 5. Flokke ødelægges 6. Kortslutningsstrømme Afhjælpning af fejl: ph, dosering, indblanding Flokkulering kan blive utilstrækkelig med deraf følgende dårlig udfældning, hvis ikke doseringen og ph-værdien er i orden, og indblandingen af de tilsatte kemikalier er god. Her gælder de samme kommentarer som i det foregående afsnit. Opholdstid Hvis opholdstiden under flokkuleringsprocessen er under 20 minutter, kan man risikere en dårlig flokkulering. Overdosering eller tilsætning af en organisk polymer kan eventuelt kompensere herfor. Flokke ødelægges Selv om man i første omgang får dannet store flokke, kan de blive ødelagt, hvis de udsættes for kraftige mekaniske påvirkninger. Det kan f.eks. være for kraftig omrøring eller for kraftig turbulens under den videre transport, og disse fejlkilder skal elimineres. Kortslutningsstrømme Hvis ikke "flokkuleringskammeret" er indrettet hensigtsmæssigt, kan der opstå kort- slutningsstrømme, så man i virkeligheden kun udnytter en mindre del af det samlede rumfang. En del af spildevandet får herved for kort opholdstid til at opnå en god flokkulering. Det kan eventuelt modvirkes ved indsætning af et passende antal tvangsløbsplader (ledeplader) kemiske anlæg.docx 26

27 Bundfældning Problem: Dårlig bundfældg Indikation: Bundfald (2h) > 0,3 ml/l Sigtdybde < 60 cm Årsag : 1. Overbelastning 2. For højt slamniveau 3. Strømningsforhold 4. Slamskraber Afhjælpning af fejl: Overbelastning Er vandtilførslen for stor, får vi en stor hydraulisk overbelastning, og de mindste slampartikler når ikke at synke til bunds men løber med ovenud. Undertiden forekommer overbelastning kun under spidsbelastninger (regnvejr eller i dagtimerne). Hvis ikke opholdstiden kan øges gennem en udvidelse af anlægget, kan forholdene eventuelt afhjælpes ved at bruge et organisk polymert flokkuleringsmiddel. Det giver større partikler, som bundfælder hurtigere. Slamniveau Hvis slamniveauet er for højt, risikerer man at hvirvle allerede bundfældet slam op, så det løber med det rensede vand ud. I cirkulære tanke med spids bund bør slamlaget ikke gå længere op end 1,0-1,5 m under vandoverfladen. Det kan reguleres over slamudpumpningen. Strømningsforhold Forudsætningerne for en optimal udnyttelse af et givent bundfældningsvolumen er, at tanken er indrettet, så man bedst muligt udnytter hele tankens rumfang. Samtidig skal belastningen være så symmetrisk som muligt. Det kræver optimale afløbs- og tilløbs-forhold, og ved flere parallelle tanke skal belastningen fordeles ligeligt på alle tanke. Slamskraber Det er vigtigt, at slamskraberne ikke kører så hurtigt, at de hvirvler bundslammet op. Hastigheden må ikke overstige 0,5 m pr. minut, da der så er risiko for at få uheldige strømningsforhold i bunden af tanken. Driftsinstruktion og driftsjournal Vi vil her slutte af med at se på driftsinstruktioner og driftsjournaler. Udgangspunktet vil naturligvis være det stof, som er gennemgået tidligere i dette kompendium. Her vil vi forsøge at sætte tingene endnu mere i system, så vi får et nyttigt værktøj til brug i den daglige drift. Driftsinstruktion Her må skelnes mellem en driftsinstruktion til brug for det daglige arbejde og de tekniske instruktioner, der følger med, når man køber udstyr og apparatur kemiske anlæg.docx 27

28 En driftsinstruktion bør omfatte: Daglig checkliste Daglig checkliste angiver, hvilke operationer som skal udføres hver dag. Hertil hører udfyldelse af driftsjournaler. Ugentlig checkliste Ugentlig checkliste angiver, hvad der skal indgå i det ugentlige vedligeholdelsesprogram. Udfyldelse af enkelte punkter i driftsjournalen vil også være med her. Kalibrering Kalibrering af ph-måler og flowmåler samt eventuelt andet måleudstyr skal indgå med en udførlig beskrivelse i driftsinstruktionen. Styring Kontrolprocedure for afprøvning og justering af styrings- og doseringssystemer skal være beskrevet i detaljer. Leverandør og udstyr Der bør være en komplet liste over leverandører og udstyr, så man hurtigt kan komme i kontakt med de rette firmaer i tilfælde af fejl ved udstyr. Anlægstegning Tegninger, der viser anlæggets opbygning og forklarer dets funktion. Tegningerne behøver kun at vise de væsentligste anlægsdele. Med hensyn til de udførlige tekniske instruktioner, der følger med instrumenter og udstyr fra fabrikken, vil disse normalt være ubrugelige i den daglige drift. Ved montage og i tilfælde af fejlfinding og reparationer er de tekniske instruktioner uundværlige for de rette fagfolk, og de bør derfor opbevares let tilgængeligt. Driftsjournal En driftsjournal indeholder observationer og målinger, der kan anvendes til en systematisk kontrol af renseprocessen. Afvigelser fra "normalværdierne" vil her fremgå på en overskuelig måde, hvilket bør resultere i en hurtig og effektiv indgriben over for fejl i renseprocessen. Det er vigtigt at registrere eventuelle fejl hurtigt, så der kan gribes ind i tide. Visse fejl kan dog være så komplicerede, at man ikke selv kan klare dem, så der må tilkaldes særlig ekspertise. Driftspersonalet må i sådanne situationer have en kontaktkreds at trække på. Den vil typisk omfatte leverandører, fagfolk, teknikere og ingeniører kemiske anlæg.docx 28

29 Doseringssystemer Ved doseringssystemet forstår vi her lagertanke og opberedningssystem til opløsning af faste kemikalier samt selve doseringsudstyret. Maskinelle fejl Den maskinelle funktion af doseringsudstyret bør kontrolleres mindst en gang daglig. Det skal checkes, at der kommer kemikalier frem til doseringspunktet. Ventiler kan være stoppet til. Ved tørdosering kan en slidt skrue eller belægninger på den give en fejlagtig dosering. Tilstopning Der er risiko for tilstopning med kemikalier i rørledninger, hvis kemikalierne skal transporteres over lange strækninger, eller hvis der er snævre passager eller skarpe bøj-ninger på rørsystemet. Dette problem er størst ved anvendelsen af kalk og aluminiumsulfat. Ved væskedosering med doseringspumper, skal man sørge for, at sugeslangerne og -rør ikke stopper til på grund af uopløste kemikalier. Lagertank Udfældning af kemikalier i lagertanken skal kontrolleres. Med passende mellemrum bør tanken tømmes helt og renses. Ved tørdosering kontrolleres, at der ikke sker sammenklumpninger eller brodannelser af kemikalierne i siloen som følge af fugt. Tankene bør naturligvis være modstandsdygtige over for de kemikalier, der opbevares i dem. Da opløsninger af aluminiumsulfat og jernchlorid er stærkt ætsende, bør tankene jævnligt efterses for eventuel korrosion. Kemikaliebeholdning Kemikaliebeholdningen skal aflæses med jævne mellemrum afhængig af lagertankens størrelse og forbruget. Ud fra forbruget mellem to aflæsninger kan forbruget beregnes i kg/døgn og indføres i driftsjournalen. Forbruget bør her vurderes i forhold til "normalforbruget". Eventuelle afvigelser kan være med til at klarlægge fejl i driften eller unormale forhold i spildevandstilførslen. Kemikaliekontrol Hvis der anvendes opløste kemikalier, skal man af hensyn til en præcis styring kende koncentrationen af den aktive bestanddel. Ved ny leverance bør koncentrationen kontrolleres. Afviger den fra den normale, skal der justeres på doseringsmængden kemiske anlæg.docx 29

30 Doseringsmængde Den doserede kemikaliemængde er en vigtig styringsparameter, der jævnligt bør kontrolleres. Doseringspumper til kemikaliedosering kan f.eks. udmåles med litermål og stopur og omregnes til ml/minut eller liter/time. Doseringssnegle til dosering af tørre kemikalier kan tilsvarende udmåles ved at opsamle og veje den doserede kemikaliemængde over en kortere periode og omregne til kg/minut eller kg/time. Hvis ikke ydelsen svarer til den foreskrevne, må mængden justeres og en eventuel fejl rettes. Doseringsindstilling Det kan være en ret kompliceret ting at finde frem til den optimale indstilling af kemikaliedoseringen. Forskellige forhold gør sig gældende afhængig af fældningsmetoden, de anvendte kemikalier og spildevandets sammensætning. Det vil sædvanligvis være påkrævet at have en eller anden form for styringssystem for at forhindre overdosering og underdosering. Vi vil senere vende tilbage til dette i afsnittet om styringssystemer samt i afsnittet om driftsovervågning. Molforhold Molforholdet er et udtryk for forholdet mellem den aktive bestanddel i fældningskemikaliet (jern eller aluminium) og orthofosfat-indholdet. Teoretisk skal molforholdet være på 1, hvis den aktive bestanddel alene bruges til udfældning af orthofosfat, da 1 metalion reagerer med 1 orthofosfation. Dvs. at en mol orthofosfationer teoretisk kan fældes med 1 mol metalioner. Sådan er det ikke i praksis. De tilsatte jern- og aluminiumsalte reagerer nemlig også med andre stoffer i spildevandet. Dels fungerer jern- og aluminiumioner som flokkuleringsmiddel for de små organiske slampartikler (kolloider), og dels udfældes de som tungtopløselige hydroxider og carbonater afhængig af spildevandets ph og alkalinitet. Alt i alt bevirker det, at der opstår store slampartikler, der hurtigt sedimenterer. Begge dele giver et merforbrug af fældningskemikalier. Praktiske erfaringer viser, at man typisk opererer med et molforhold på 1,5-2,0. Styringssystemer for dosering Det er vigtigt at styre kemikaliedoseringen forholdsvis nøjagtigt. Tilsættes der for lidt kemikalier, bliver fosfatudfældningen utilstrækkelig, og fosforindholdet i det rensede vand kan blive for højt kemiske anlæg.docx 30

31 Tilsættes der for meget, kan det blive en dyr fornøjelse. Dels koster kemikalier penge, og dels opstår der ekstra slammængder, som _ også koster penge at behandle. Endelig kan overdosering af syre eller kalk få betydning for renseeffektiviteten, når disse doseres for at fa den optimale fældnings ph-værdi. Konstant dosering Den simpleste måde at dosere på, er en konstant dosering pr. tidsenhed. Det opnås ved at lade en doseringspumpe eller en doseringssnegl køre hele tiden med en fast ydelse. En korrekt dosering afhænger af spildevandets fosforindhold og af vandmængden. Både fosforindholdet og vandmængden varierer imidlertid over døgnet samt eventuelt også efter ugedag og årstid. Derfor er en konstant dosering sjældent god nok, og der må tages andre styringsmetoder i brug. Når man kører med en konstant dosering, bør man normalt indstille doseringsmængden efter spidsbelastningen i dagtimerne for at opnå en tilstrækkelig god rensning. Det betyder, at der sker en betydelig overdosering ved en lavere belastning om aftenen og natten samt i weekender. Programdosering Styringen kan lægges ind i et fast tidsprogram hvor man tager højde for de daglige udsving i vandflow og fosforindhold. Her vil man således typisk indlægge en konstant høj dosering under topbelastning i dagtimerne og tilsvarende en lavere dosering i aften- og nattetimerne og eventuelt også i weekender. Forudsætningen for at lave et godt fungerende tidsprogram er et grundigt kendskab til variationerne i flow og fosforkoncentration. Det kan opnås ved at måle såvel flow som fosforkoncentration time for time over hele døgnet i en længere periode. Målingerne bør nok strække sig over mindst en uge, så man også får mulighed for at vurdere variationerne fra dag til dag. I sommerhusområder eller andre steder med en meget sæsonvarieret belastning kan det blive aktuelt også at afpasse kemikaliedoseringen efter årstiden. Når variationerne er fastlagt, kan man så forsøgsvis starte doseringen efter et forud fastlagt program. Kemikaliedoseringen afpasses efter det aktuelle spildevand, fosforkoncentrationen og vandflowet. Hvis renseeffekten efter det foreløbige program ikke bliver helt tilfredsstillende, må doseringsmængder og tidspunkter justeres, til resultatet er tilfredsstillende. Det betyder nye undersøgelser. Det kan være lidt af en opgave at finde frem til det bedste resultat, da også en række andre forhold ved fældningsprocessen spiller ind. Et typisk eksempel herpå er vist på figuren, hvor vandflow og fosforkoncentrationen er vist over et udvalgt døgn. Herefter er den optimale dosering beregnet, idet man ved forsøg har fundet frem til det bedste molforhold kemiske anlæg.docx 31

32 Den helt korrekt dosering vil variere fra time til time, men man kan med en rimelig tilnærmelse indlægge et doseringsprogram med et dagniveau og et nat niveau. Flowstyret dosering Såfremt fosforkoncentrationen i spilde-vandet er konstant, kan man opnå en god styring af kemikaliedoseringen ved at gøre doseringen proportional med flowet. Da de fleste større renseanlæg har installeret flowmålerudstyr, vil det være meget nærliggende at koble flowmåleren til en proportional regulator, som giver signaler til doseringspumpen eller doseringssneglen. Når spildevandsflowet stiger, skal doseringsmængden øges. Når flowet falder, søkal doseringsmængden tilsvarende reduceres. For doseringspumper kan disse ændringer ske ved at ændre slaglængde, omdrejningstal eller takttid. For doseringssnegle vil man normalt ændre omdrejningshastigheden. Flow- og tidsstyret dosering Selv om en flowstyret dosering umiddelbart forekommer at være den rigtige doseringsmåde, så har metoden dog oplagte mangler, når fosforkoncentrationen varierer meget over døgnet. Det vil man ofte kunne tage højde for med forholdsvis enkle midler. Der vil nemlig ofte være en næsten konstant fosforkoncentration i spildevandet i dagtimerne og en tilsvarende lavere konstant koncentration i aften- og nattetimerne. Doseringsmæssigt kan man tage højde for denne situation ved at køre med en flowproportional dosering, hvor proportionalitetsfaktoren ændres efter en indkodet tidsplan. Man kan faktisk på denne måde få en meget fin regulering, hvor man tilnærmelsesvis altid doserer netop den kemikaliemængde, der er nødvendig for at fælde spildevandets fosforindhold bedst muligt. Dosering efter fosforindhold Den helt perfekte dosering opnås ved helt at afpasse den doserede kemikaliemængde efter spildevandets fosforindhold. Det vil kræve såvel en flowmåling som en løbende måling af fosforkoncentrationen. Herved vil man løbende Øe beregne fosformængden pr. tidsenhed. Når man kender det molforhold, der skal doseres efter, kan man via en passende regulator styre doseringsudstyret herefter. Selv om denne doseringsmetode teknisk set er den rigtige, er den nok mere teoretisk end praktisk. Det skyldes først og fremmest, at man ikke har noget simpelt og pålideligt måleudstyr til kontinuert fosformåling i spildevand. For det andet må vi konstatere, at man som regel vil kunne opnå en meget tilfredsstillende styring af kemikaliedoseringen med en af de foran beskrevne metoder. De er også både simplere og billigere end idealløsningen. Det kan dog ikke udelukkes, at der i fremtiden vil blive udviklet et simpelt styringssystem baseret på en kemikaliedosering, der er proportional med spildevandets fosforindhold. Det vil dog forudsætte en effektiv og billig fosformåler til spildevand. ph-styringssystemer 2011 kemiske anlæg.docx 32

33 Vi har hidtil set på dosering af jern- og aluminiumsalte. Her skulle doseres en passende kemikaliemængde i forhold til spildevandets totale fosforindhold. Ved dosering af syre og base til en bestemt ønsket ph-værdi har man mulighed for at følge spildevandets ph-værdi sideløbende med, at der doseres. På den måde er det faktisk muligt at lave en meget nøjagtig dosering, så man opnår netop den ph-værdi, man ønsker. Selv om det lyder simpelt, er der dog en række forhold, der skal tages hensyn til, hvis et godt resultat skal opnås. ph-værdien måles med en speciel elektrode, som er anbragt i spildevandet. Signalet fra elektroden sendes ind på en regulator, som aktiverer en doseringspumpe eller en magnetventil, så der tilsættes syre eller base efter behov. Hvis ikke elektroden er anbragt hensigtsmæssigt i forhold til doseringspunktet, og hvis ikke opblanding af kemikalier i spildevandsstrømmen er effektiv, risikerer man en over- eller underdosering. Det giver en dårlig ph-regulering, og dermed følger ofte en tilsvarende dårlig renseeffekt, idet funktionen af fældningskemikalier kan være ret ph følsomme. Da spildevandets ph-værdi er ret konstant kan en flowproportional tilsætning af syre eller base undertiden anvendes med tilfredsstillende resultat. En efterfølgende ph-måling kan så anvendes som en kontrol på, at doseringen har været tilfredsstillende. Valg af ph Forfældning med jernsulfat (ferrosulfat) har en optimal. fældnings ph-værdi på mellem 8,0 og 8,5. Det opnås ved at dosere den nødvendige kalkmængde sammen med jernsulfaten. Den rigtige ph-værdi for det aktuelle anlæg er den, hvor fosforreduktionen bliver størst mulig med optimal dosering af jernsulfat og kalk. Ved for- og efterfældning med aluminium- og jernsalte (ferrisalte) ligger den optimale fældnings ph-værdi på ca. 6, men også lidt lavere værdier er acceptable. Normalt vil de tilsatte salte selv sænke ph-værdien ned på dette niveau, da de reagerer med spildevandets basiske komponenter. Hvis spildevandet har høj alkalinitet, kan det undertiden blive nødvendigt at dosere noget syre for at få ph-værdien ned på den optimale værdi. Det er billigere end at tilsætte mere fældningskemikalie. Er alkaliniteten meget lav kan det i sjældne tilfælde være nødvendigt at tilsætte kalk, så ph ikke bliver for lav. Ved simultanfældning anvendes ferrosulfat som fældningsmiddel ved en optimal fældnings ph-værdi på ca. 8. I praksis vil man dog typisk have ph-værdier mellem 6,5 og 7,5. Dels falder ph ved den biologiske proces, og dels falder ph som følge af jernudfældningen kemiske anlæg.docx 33

34 Det vil kun sjældent være påkrævet at dosere kalk for at kompensere for det ph-fald, som der kommer under udfældningen i beluftningstanken. Kun ved meget lav alkalinitet i spildevandet bliver ph-faldet mærkbart. Stødpuder I spildevand er der altid salte af svage syrer og baser i mere eller mindre grad. Der kan f.eks. være tale om bikarbonater, monofosfater, difosfater og ammoniumsalte. Disse stoffer vil virke udjævnende over for til ledning af stærke syrer/baser. De kaldes derfor stødpuder eller buffere. Virkning På grund af spildevandets buffervirkning vil en mindre portion spildt mineralsyre eller stærk lud fra oplandet sjældent skade et biologiske anlæg særlig meget. Stærke syrer og baser i større portioner eller i form af konstante til ledninger kan imidlertid ændre kulturen i uheldig retning. Især hvor der er forklaringstank og rådnetank, bør man ved hyppig eller konstant ph-registrering sikre sig mod ekstreme ph-værdier. ph-værdien for nogle kendte stoffer ph 5 % svovlsyre, H 2 SO 4 0 Citronsaft 2 Eddike, 4 % CH 3 COOH 3 Appelsinsaft 4 Ost 5 Spyt mælk 6 Rent vand 7 Æggehvide 8 Tvekulsort natron, NaHCO 3 9 Borax 10 Magnesiamælk, 0,02 % Mg(OH) 2 11 Kalkmælk, 0,2 % Ca (OH) % natronlud, NaOH 14 Oversigten ovenfor viser ph-værdien for nogle kendte stoffer. Syrer og baser er ret fredsommelige nær neutralpunktet (7). Deres virkning stiger imidlertid stærkt mod skalaens ydergrænser kemiske anlæg.docx 34

35 Industrispildevand Dette afsnit omhandler rensning af industrispildevand. Det bliver dog ikke nogen samlet fremstilling af sammensætning og rensemetoder for industrispildevand. Vi vil her begrænse os til at orientere om spildevandstyper og rensemetoder, som har en vis forbindelse til fosfater og kemisk fældning. Det kan således være med til at sætte dette kursus hovedindhold i et lidt større perspektiv. Tungmetaller Vi vil først se på kemisk fældning af tungmetaller i industrispildevand. Det er en anden slags fældning, end vi bruger til fosfaterne, men princippet er det samme. Vi udfælder opløste stoffer, og fjerner dem som slampartikler bagefter. Organisk stof Vi vil dernæst se på kemisk fældning som en rensemetode til fjernelse af specielle organiske stoffer. Den organiske stofreduktion kendes også fra fosfatfældningen. Vi vil her se et par eksempler på, hvorledes det kan udnyttes på spildevand, som ellers kan være vanskelig eller bekostelig at rense på anden vis. Vaskerispildevand Sluttelig vil vi se lidt nøjere på sammensætning og rensemetode for vaskerispildevand. Som nævnt i kapitel 1 stammer 20-30% af fosformængden i det kommunale spildevand fra fosfatholdige vaskemidler. Fældning af tungmetaller Brancher Tungmetaller stammer ofte fra metaloverfladebehandling, hvor de vigtigste processer er: elektrogalvanisering aluminiumsanodisering elektropolering printfremstilling varmforzinkning fosfatering metalaffedtning metalbejdsning Elektrogalvanisering Blandt de elektrogalvaniske processer er de mest almindelige: forzinkning, fornikling, forchromning, forkobring, fortinning, forsølvning og forgyldning, medens cadmiering i dag er ret sjældent kemiske anlæg.docx 35

36 Tungmetaller De mest almindelige tungmetaller er: Chrom, nikkel, kobber, zink, bly, tin, sølv, cobolt og cadmium. Hertil kommer metallerne jern og aluminium. Miljøfremmede stoffer Sammen med tungmetallerne kan forekomme en række andre miljøfremmede stoffer, hvoraf der skal nævnes: Syrer, baser, cyanider, mineralolie, detergenter, fluorider, fosfater og organiske opløsningsmidler. Disse stoffer må der også tages hensyn til ved rensning af tungmetalholdigt industrispildevand. Specielt kan nogle af stofferne direkte forhindre en effektiv fældning af tungmetallerne. Kravværdier Normalt tillades udledt maximalt 2-3 mg/l af hvert enkelt tungmetal i industrispildevand. Det vil normalt kunne klares ved en kemisk fældning efterfulgt af en slamudskillelse. Der er dog en tendens til at kravene skærpes, så mange virksomheder fremover skal ned på 0,5-1,0 mg/1. Det kræver normalt en efterrensning eller en helt anden renseproces, og det vil ofte være noget mere bekosteligt. Metaludfældning og slam-separering Udfældning Tungmetaller udfældes normalt med base ved ph = 9 Me OH" -> Me(OH) 2 Metalion + base -> metalhydroxidslam. Fældningen er effektiv for metallerne: jern, zink, chrom, nikkel, tin, kobber, cobolt, bly, aluminium, sølv og cadmium. Hvert metal har sit optimale udfældningsområde, men det har vist sig i praksis, at en fældnings-ph på ca. 9 er den bedste, når der er flere metaller samtidig i spildevandet. Såfremt metallerne ikke er bundet som komplekser, vil man typisk kunne komme ned på et restindhold af opløst metal på 0,1-0,3 mg/l for hvert enkelt tungmetal. Fældningsmiddel Det mest anvendte fældningsmiddel er natronlud (NaOH). I særlige tilfælde kan andre fældningsmidler komme i betragtning. Således kan man i nogle tilfælde opnå større effektivitet ved fældning med kalk, der i øvrigt også er billigere end natronlud. I andre tilfælde kan det være nødvendigt at anvende specielle fældningsmidler, der kan udfælde metallerne fra kompleksforbindelser, men sådanne fældningskemikalier er forholdsvis dyre kemiske anlæg.docx 36

37 Efter udfældningen vil man ofte tilsætte flokkuleringsmidler i form af anionaktive polyelektrlolytter (polymere flokkulerings-midler). Man opnår hermed større slampartikler, der sedimenterer hurtigere. Polyelektrolytmængden afhænger blandt andet af slamindholdet, men normalt skal der ikke anvendes mere end 5-10 g pr. m3 vand. Slamseparation Det udfældede metalhydroxidslam udskilles normalt i en bundfældningstank. På den efterfølgende figur er vist forskellige udformninger af bundfældningstanke. Undertiden kan man også anvende andre slamseparationsmetoder, men det vil vi ikke komme nærmere ind på her. Blot skal det nævnes, at man ved meget små slammængder eventuelt vil kunne klare sig med en filtreringsproces. Cyanidoxidation og chromat-reduktion Cyanider Cyanid i spildevandet vil binde de fleste metaller som metalkomplekser, så de ikke kan udfældes med base. Derfor skal cyaniderne først destrueres, hvilket normalt foregår ved oxidation (iltning) med chlor (natriumhypochlorit). Herved omdannes cyanid til det langt mindre giftige cyanat, og udfældningen kan herefter foregå uden problemer. Chromater Chrom vil sædvanligvis forekomme som chromat, der ikke direkte kan udfældes med base. Normalt reducerer man derfor chromat til chromioner med et passende reduktionsmiddel (ofte bisulfit). Populært sagt er en reduktion det modsatte af en iltning. Processen kan foregå efter følgende reduktionsskema: CrO 4 + red Cr +++ Hvorefter chrom kan udfældes som chromhydroxid (Cr(OH) 3. Slambehandling Affaldsproduktet ved den konventionelle kemiske spildevandsrensning er metalhydroxidslam, som skal afleveres til Kommunekemi. Før afleveringen lønner det sig normalt at opkoncentrere slammet, da man betaler for den afleverede mængde. Tyndslam Ved en traditionel bundfældning kan man normalt opnå tyndslam med et tørstofindhold på 0,5-2,0% afhængig af slamaftapningsmetoden. Specielt i store bundfældningstanke kan det være vanskeligt at oppumpe bundslammet uden samtidig at suge ekstra vand med kemiske anlæg.docx 37

38 Derved fås en uønsket fortynding af slammet. Selv om der i tidens løb er forsøgt mange løsninger på dette problem, findes der ikke i dag nogen simpel og effektiv metode. Slamafvanding Tyndslammet kan med fordel afvandes i en filterpresse, når det drejer sig om forholdsvis store mængder. Ved mindre slammængder kan man eventuelt nøjes med et billigere filterposesystem. Ved filterpressen opnås typisk 25-35% tørstof (ca. 40% af tørstoffet er tungmetal). Posefiltrene kan give 10-15% tørstof. I begge tilfælde vil man med fordel kunne etablere nogle slamlagertanke til opbevaring af tyndslam. Det giver en mere fleksibel drift, samtidig med at disse lagertanke kan fungere som slamtyknere. Her kan slammets tørstofindhold komme op på 3-5%, når overfladevandet er blevet dekanteret fra. Det giver større effektivitet ved den efterfølgende slamafvanding. Principskitse Vi vil sluttelig se på en principskitse af et komplet konventionelt kemisk renseanlæg med cyanidoxidation, chromatreduktion, neutralisation, bundfældning og slamafvanding kemiske anlæg.docx 38

39 Fældning af organisk stof Vi ved fra fosfatfældningsprocessen, at man sammen med fosfat også får udfældet en række organiske stoffer i spildevandet. Dette kan udnyttes i praksis, når det drejer sig om en forrensning af spildevand med højt indhold af organisk stof. Rensemetode Ved en ren kemisk fældning af organisk belastet spildevand anvendes normalt enten ferrisalte eller aluminiumsalte, som vi kender det fra fosfatfældning på kommunale renseanlæg. ph Det er vigtigt at styre ph, hvilket sker ved tilsætning af natronlud eller kalk. Fældningen foregår typisk ved ph = 7-8. Organisk polyelektrolyt Såfremt de dannede slampartikler ikke flok-kulerer godt nok, kan man med fordel yderligere dosere en organisk polyelektrolyt. Det vil normalt give en bedre udfældning og efterfølgende en bedre slamseparering. Dosering af andre kemikalier kan også blive aktuel afhængig af spildevandets karakter. Slamseparationen vil typisk være bundfældning, men også flotation eller filtrering vil kunne komme på tale i særlige tilfælde: Det bundfældede slam skal sluttelig opkoncentreres og afvandes. Metoderne afhænger her af slammængderne og slutbortskaffelsen. Resultater Her skal anføres nogle resultater for forskellige typer industrispildevand. Resultaterne er dels opnået ved laboratorieforsøg og dels ved spildevandsrensning i praksis. Fældningskemikalier og doseringsmængde fremgår af skema 1, men det fremgår ikke, om der er anvendt polyelektrolyt eller andre hjælpestoffer for at nå et godt resultat. Man kan stort set gå ud fra at det anførte renseresultat er det bedst opnåelige med den pågældende metode. Skema 1. Oversigt over renseeffekt ved kemisk fældning på forskellige typer industrispildevand. Dosering af aluminium (Al) eller jern (Fe) er angivet som ppm metal. COD før og efter rensning er anført, idet rensningen også omfatter en bundfældning, hvor det udfældede slam er separeret fra. Spildevandstype Dosering COD, før COD, efter % Limfremstilling Al: 200 ppm mg/ mg/1 85 Fremstilling af organiske stoffer til levnedsmidler Fe: 200 ppm Fe: 1000 ppm mg/ mg/ mg/ mg/1 Spildevand fra træindustri Fe: 1000 ppm mg/i mg/ kemiske anlæg.docx 39

40 * ppm = mg/l. Som det fremgår af skemaet varierer renseeffekten fra 38% til 85%, afhængig af doseringsmængden og udgangskoncentrationen. Der er ingen tvivl om, at renseeffekten er størst i de tilfælde, hvor det høje COD-indhold skyldes opslemmet stof, men det kan dog ikke aflæses af de anførte tal. Det skal sluttelig nævnes, at de pågældende spildevandstyper formentlig også kunne have været renset efter andre metoder. En biologisk rensning, en anaerob nedbrydning eller en kemisk oxidation er nogle af de andre mulige rensemetoder, som måske kunne give lige så gode resultater. Ved valg af rensemetode vælger man normalt den optimale løsning med hensyn til økonomi og effektivitet. Spildevandsmængden, pladsforholdene og arbejdsindsatsen ved den daglige drift er dog også vigtige faktorer, som spiller ind ved valg af metode. Vaskerispildevand Mængder Der vaskes herhjemme ca tons tøj pr. år på ca. 150 vaskerier, hvoraf 34 er store institutionsvaskerier. Det skønnes, at der hertil bruges 6 mill. m 3 vand. Størstedelen af dette udledes til det kommunale kloaknet, hvor det senere renses i et renseanlæg før udledning til recipient. Vandforbrug Der anvendes vand til selve vaskeprocessen og til den efterfølgende skylning, hvor det sædvanligvis skylles i flere hold skyllevand. Vandforbruget på vaskerierne kan variere meget. Det totale vandforbrug kan være så lavt som liter vand pr. kg vasket tøj på de vaskerier, som anvender de vandøkonomiske vaskerør. I et vaskerør forløber vaskeprocessen kontinuert. Vasketøjet passerer en række forskellige zoner, som er trin i vaskeprocessen. For de selvcentrifugerende maskiner er vandforbruget.mere typisk liter pr. kg tøj, men på enkelte vaskerier kan det være så højt som liter pr. kg tøj. Ved recirkulation af dele af skyllevandet, kan vandforbruget på de selvcentrifugerende maskiner dog komme ned på samme niveau som på vaskerørene. Forurening Det brugte vaskevand og skyllevand udledes til kloakken som spildevand, og det vil normalt være mere forurenet end normalt husspildevand. Forureningen stammer dels fra det vaskede tøj og dels fra de brugte vaskemidler og kemikalier. Spildevandet vil således indeholde tøjtrevler, textilfibre, smuds og snavs samt opløste organiske stoffer i form af fedtstoffer, kulhydrater og proteiner kemiske anlæg.docx 40

41 I særlige tilfælde kan spildevandet også indeholde olie, opløsningsmidler og tungmetaller fra vask af arbejdstøj og klude. Hertil kommer, at spildevandet også vil indeholde sæberester, natronlud, blegemidler samt eventuelt trinatriumpolyfosfat og syre fra de anvendte vaskemidler og kemikalier. Analyser af vaskerispildevand Her skal anføres en række spildevandsanalyser fra 5 udvalgte danske vaskerier med efterfølgende kommentarer. Vaskeri A B C D E1 E2 Vandforbrug: liter/kg tøj m 3 /time Vaskemiddel : S S + F F F S S ph,, 11,0 6,4 7,0 10,3 10,5 10,5 COD, mg/l BI 5, mg/l Total-P, mg/l , Total-N, mg/l 19 4, Suspenderet Ts, mg/l Bundfald, ml/l - 2, *Detergent, mg/l Olie/fedt, mg/l ,4 Olie, mg/l <0,2 F = flydende vaskemiddel, S = sæbepulver * Detergenter er overfladeaktive stoffer, der er tilsat vaskemidler for at bedre vaskeresultatet. Detergenterne fremmer fedtstoffers opløsning i vand, og er altså nødvendige for at løsne snavset i tøjet. Vandøkonomi Alle fem vaskerier har en god vandøkonomi (16-19 liter pr. kg tøj). Det vil medføre, at forureningerne vil forekomme i forholdsvis store koncentrationer. ph Vaskerierne A, D og E har ingen neutralisation af spildevandet. Det betyder, at ph ligger højt - mellem 10 og 11. ph-værdierne vir dog variere noget over arbejdsdagen, og variationerne vil være størst for vaskerier med selvcentrifugerende maskiner med portionsvis vandudtømning kemiske anlæg.docx 41

42 Det er brugen af natronlud og natriumhypoklorit (blegevand), der gør spildevandet basisk. Brug af eddikesyre i sidste hold skyllevand trækker dog i modsat retning. Hvis der kun er en lille stødpudekapacitet i vaskeriets kloaksystem, vil der blive forholdsvis store ph-variationer i det udledte spildevand. Organisk stof Spildevandets indhold af organisk stof (fedtstof, kulhydrat og protein) kan måles ved COD eller BI 5. Til sammenligning kan anføres, at normalt byspildevand har COD under 600 mg/1 og BI 5 under 400 mg/l. Generelt ligger den organiske forurening højere for vaskerispildevand end for normalt byspildevand. Specielt vaskerierne A og E, der bruger fast sæbe, ligger højt, hvilket alt overvejende skyldes bidraget fra selve sæben. I øvrigt skal det bemærkes, at C gennem en mekanisk rensning af spildevandet er kommet meget langt ned med det organiske stofindhold. Fosfor Spildevandets indhold af fosfor hænger nøje sammen med vaskemidlernes indhold af natriumtripolyfosfat. De flydende sæbeopløsninger indeholder ikke fosfat. For at kunne bruge disse opløsninger forudsættes vask og skylning i blødgjort vand. De faste sæber indeholder typisk 2,5-4,5 % fosfor i form af natriumtripolyfosfat, hvis opgave er at binde vandets hårdhedsdannere (calcium og magnesium). Vaskerierne A, B og E, der alle anvender fast sæbe, har et fosforindhold større end 20 mg/1, der er overgrænsen for normalt byspildevand. Kvælstof Indholdet af total kvælstof (total-n) i almindeligt byspildevand ligger normalt under 30 mg/l, og hovedkilden er proteinstoffer. For alle de 4 undersøgte vaskerier ligger kvælstofindholdet passende lavt. Slampartikler Indholdet af slampartikler (målt som bundfældelige stoffer eller suspenderet tørstof) er kun målt i enkelte tilfælde, og det forekommer ikke at være særligt højt. Almindeligt byspildevand vil typisk ligge under 600 mg/1 af suspenderet tørstof. Detergenter Detergentindholdet er kun målt for A og C, og det ligger ikke specielt højt. I visse kommuner stilles krav om, at indholdet af anioniske detergenter skal være under 10 mg/l. Under alle omstændigheder anvendes i dag udelukkende biologisk nedbrydelige detergenter. Det er op til sæbefabrikanterne at overholde dette krav i deres produkter kemiske anlæg.docx 42

43 Olie For vaskerier, som vasker olieholdigt arbejdstøj og olieholdige klude, vil der kunne forekomme større koncentrationer af mineralolie. På vaskeri E udgør vask af arbejdstøj kun en meget lille del af produktionen, og det giver ikke påviselige mængder af olie i spildevandet. Myndighedernes krav til olieindholdet i spildevand vil typisk ligge mellem 10 og 50 mg/l. Der findes herhjemme enkelte specialvaskerier, hvor man næsten udelukkende vasker arbejdstøj og klude med olie og organiske opløsningsmidler. Her kan forekomme olieindhold på mg/l og et opløsningsmiddelindhold på mg/l. Spildevandsrensning og forureningsbegrænsende foranstaltninger Forurening Sammenfattet kan det siges, at vaskerispildevand er noget mere forurenet end normalt byspildevand, hvis der ikke på vaskeriet er foretaget forureningsbegrænsende foranstaltninger. Den høje ph-værdi er et generelt problem, men også et forhøjet indhold af organisk stof og fosfor kan komme til at koste penge (i særbidrag). De vaskerier, som har et stort indhold af olie og opløsningsmidler, kan alle påregne at skulle rense spildevandet for disse stoffer, hvis ikke de allerede har fået et krav herom. Neutralisation Neutralisation (ph-regulering) af det basiske vaskerispildevand med syre er en forholdsvis simpel sag, som kan laves mere eller mindre automatisk. Princippet i et automatisk gennemstrømningsanlæg fremgår af figuren. Det basiske spildevand føres igennem en såkaldt neutralisationsreaktor med omrører. Spildevandets ph-værdi måles løbende, og der doseres automatisk syre til den ønskede phværdi nås (typisk ph = 8). Opholdstiden vil sædvanligvis være på ca.15 minutter. På vaskerier med en mere stødvis spildevandsudledning (mange selvcentrifugerende maskiner) kan det ofte være en fordel at dosere en fast syremængde i den udtømte vaskelud. Til neutralisering anvendes en gennemstrømsreaktor til neutralisation af basisk vaskerispildevand. Systemet består af reaktor med tvangsløbsplader, mekanisk omrører, phreguleringsudstyr og doseringspumpe for syre. Systemet kan automatiseres ved at koble doseringen med udtømningen. På den måde skærer man toppen af de store ph-udsving. Om nødvendigt kan alt spildevand herefter finneutraliseres i et automatisk styret anlæg som ovenfor beskrevet kemiske anlæg.docx 43

44 På vaskerier med en meget konstant spildevandsudledning vil neutralisationen kunne udføres simplere. Her kan man lade en doseringspumpe med fast dosering tilsætte syre løbende. Syremængden fastlægges en gang for alle, og man skal blot sørge for en god indblanding af den tilsatte syre. Hvis det ønskes eller kræves, kan man på udløbet foretage en løbende phregistrering som kontrol. Slamseparation Ved at fjerne tilstedeværende slampartikler i vandet, vil man kunne reducere COD og BI5 noget. Anvendelse af centrifuger og sier har været forsøgt med et rimeligt resultat~. Inden man går i gang med denne rensemetode, skal man finde ud af, om man kan komme af med det fraseparerede slam, og hvad det koster. Man kan også fjerne slampartikler ved en bundfældning i en passende stor bundfældningstank. Processen kræver plads og vedligeholdelse og er næppe særlig interessant på vaskerierne. Separation i en hydrocyklon kan være et billigt alternativ, men renseeffekten vil være lidt lavere. Fosforfjernelse Selv om det næppe vil komme på tale på ret mange vaskerier at fjerne spildevandets fosforindhold, vil det være en relativ simpel sag. Dosering af kalk eller jernsalte vil kunne udfælde fosfor som slampartikler, der vil kunne fjernes ved en af de ovenfor beskrevne slamsepareringsmetoder. Erfaringen viser, at man på den måde også vil få nedbragt spildevandets indhold af opløste organiske forbindelser betydeligt. Fjernelse af olie- og opløsningsmidler Tilstedeværende olie i vaskerispildevand vil overvejende foreligge som emulgeret olie, altså olie opløst i vand på grund af de tilsatte detergenter. Denne kan ikke udskilles i en traditionel olieudskiller. Det kan være en ret kompliceret sag at få brudt denne olieemulsion, så olie og opløsningsmidler kan separeres kemiske anlæg.docx 44

45 Opgaver Kemisk fældning I Der skal etableres kemisk fældning på Tussinge renseanlæg. Det forventes, at et molforhold på 1:1 vil være passende. Dvs. lige dele fældningskemikalie til lige dele fosfor i spildevandet. Den kemiske fældning skal ske som forfældning med jernsulfat (Jern (II) sulfat, heptahydrat). A) Hvad betyder forfældning? B) Skriv den kemiske reaktionsligning mellem fosforet i spildevandet og fældningskemikaliet Jernsulfat. C) Beregn doseringsmængden (g/m 3 ) af kemikaliet Jernsulfat. Med det udgangspunkt, at fosforkoncentrationen i tilløbsvandet er på 6,0 g/m 3 PO 4 -P Dosering = Molforhold PO Pkonc.( 3) K( mol g ) 4 Molvægt _ for _ P( g m g mol ) g m 3 Molforhold =1:1 Konc. PO 4 -P = Koncentration af fosfor i tilløb til renseanlæg i g/m 3 K = Aktiv bestanddel af fældningskemikaliet Jernsulfat 0,0032 mol/g. Molvægt for P = Molvægt for grundstoffet fosfor = 31,0 g/mol D) Hvis fældningsforsøget igangsættes, beregn da de årlige udgifter til kemikalier. Det gennemsnitlige spildevandsflow er på 3000 m 3 /dg og prisen på Jernsulfat er på 287,50 kr / ton incl. fragt. E) Jernsulfaten blandes på centralrenseanlægget og bringes derefter ud til Tussinge renseanlæg. Opløsningen er på ca 25 % ved leveringen med en vægtfylde på 1,1726 g/ml. Denne vægtfylde falder imidlertidig hurtigt fra de 1,1726 g/ml til omkring 1,00-1,05 g/ml. Driftsmedarbejderen på Tussinge renseanlæg måler dagligt kemikaliebeholdningen samt vægtfylde på Jernsulfaten. For hurtigt og effektivt at kunne justere doseringen ind efter den aktuelle vægtfylde, skal du udarbejde en brugbar kurve. Udfyld nedenstående skema og tegn kurven med doseringen ml/min (Y aks) og vægtfylde g/ml (X-aks) kemiske anlæg.docx 45

46 Eksempel: 60,48 g/m 3 Vægtfylde 1,05 g/ml 60,48 105,3 g m g l 3 0, g m 3 0, l/m 3 x 3000 m 3 /dg = 1723,0769 l/dg 1723,0769 l/dg /24 timer = 71, l/t 71, l/t /60 min = 1, l/min 1, l/min x 1000 = 1196,5812 ml/min Dos. g/m3 Vf g/ml l/m 3 l/dg l/t l/min ml/min 60,48 1,05 0, ,8 1, ,48 1,08 60,48 1,11 60,48 1,14 60,48 1,17 60,48 1,21 60,48 1, kemiske anlæg.docx 46

47 Kemisk fældning II Der skal etableres kemisk rensning på Ussinge renseanlæg. Det forventes, at et molforhold på l: l vil være passende. Dvs. lige dele fældningskemikalie til lige dele fosfor i spildevandet! Den kemiske fældning skal ske som simultanfældning med Jernchlorid (FeCl 3 ). A) Hvad betyder simultanfældning? B) Skriv den kemiske reaktionsligning mellem fosforet i spildevandet og fæld-ningsmidlet jernchlorid. C) Sker der i almindelighed en ph-sænkning eller ph-stigning ved tilsætning af fældningskemikalier D) Beregn doseringsmængden (ml/m 3 ) af fældningskemikaliet jernchlorid (FeCl 3 = JKL). Med. det udgangspunkt, at fosfor-koncentrationen er på 6,0 mg/1 eller 6,0 g/m 3 PO 4 -P (fosfat-fosfor). Dosering = Molforhold PO Pkonc.( 3) K( mol g ) 4 Molvægt _ for _ P( g m g mol ) g m 3 Molforhold =1:1 Konc. PO 4 -P = Koncentration af fosfor i tilløb til renseanlæg K = Aktiv bestanddel af fældningskemikaliet Jernsulfat 0,0031 mol/m1 Molvægt af P = Molvægt for grundstoffet fosfor = 31,0 g/mol E) Spildevandets alkalinitet er på 0,5 mekv/1. Undersøg ved hjælp af kurven kap. 2. side 18 om doseringsmængden vil få negativ indvirkning på afløbsvandets ph. F) Fældningsforsøget igangsættes. Beregn den årlige udgift til kemikalier. Det gennemsnitlige spildevandsflow er på 3000 m 3 /dg og prisen for jernchlorid er på 850 kr/ton ( vægtfylde 1,5 ton/m 3 ) svarende til 1275 kr/m. G) Beregn fældningseffektiviteten/renseef-fekten i procent når fosforkonc. i udløbet fra renseanlægget efter etablering af fældning er på 1,2 mg/l PO 4 -P? 2011 kemiske anlæg.docx 47

48 Kemisk fældning III Der skal etableres kemisk fældning på Topperup renseanlæg. Driftsarbejderen på laboratoriet skal udføre nogle laboratorieforsøg og komme med et forslag til driftslederen over doseringsmængder og økonomi. Spildevandet på anlægget indeholder i gennemsnit: PO 4 -P COD BI 5 Spildevandsflow m 3 /dg 10,0 mg/1 400 mg/1 200 mg/1 1) Beregn hvilke doseringsmængder han skal anvende ved anvendelse af henholdsvis Jernsulfat ( FeSO 4., 7H 2 O) og Jernchlorid (FeC1 3 ). De forventede molforhold har han fået oplyst fra Kemira Miljø. Molforhold ved Jernsulfat: 1:1,3 Molforhold ved Jernchlorid: 1:0,8 2) Undersøg om anlægget kan klare disse kemikaliedoseringsmængder, idet alkaliniteten på anlægget ligger på 3,0 mekv/1. 3) Fældningsforsøget igangsættes først med Jernsulfat for at se virkningerne af fældningen. Udløbsværdierne viser efter en måneds drift følgende: PO 4 -P 1,2 mg/l ph 7,2 COD 48 mg/l BI 5 12,5 mg/l TOT Fe 0,79 mg/l Beregn renseeffekten på PO 4 -P, COD og BI 5 og vurder ph og TOT. Fe. 4) Derefter udskiftes Jernsulfaten med Jernchlorid og udløbsværdierne efter en måneds drift er som følgende: PO 4 -P 0,79 mg/l ph 6,9 COD 32 mg/l BI 5 10 mg/l TOT Fe 1,2 mg/l Beregn renseeffekten på PO 4 -P, COD, BI 5 og vurder ph og TOT. Fe. 5) Der dannes noget mere slam i anlægget ved etablering af kemisk rensning med Jernsulfat. Der dannes 0,5 kg kemisk slam pr. kg doseret Jernsulfat. Beregn den årlige mængde kemisk slam på anlægget kemiske anlæg.docx 48

49 6) Der dannes ligeledes mere slam i anlægget ved etablering af kemisk rensning med Jernchlorid. Der dannes 0,33 kg kemisk slam pr. kg doseret Jernchlorid. Beregn den årlige mængde kemisk slam i anlægget. Vægtfylden for Jernchlorid er 1,5 g/1= 1,5 ton/m 3. 7) Ved drift af et biologisk aktiv slamanlæg produceres der ca. 0,75 kg biologisk slam pr. kg BI 5 ; (organisk stof), der skal fjernes i anlægget uafhængig af den kemiske fældning. Beregn den årlige mængde biologiske slam. 8) Hvor meget mere slam bliver der produceret ved etablering af de kemiske rensetrin med henholdsvis Jernsulfat og Jernchlorid? Dvs. en beregning af hvor mange procent den kemiske slam udgør ud af den biologiske i de to tilfælde? Stemmer dette overens med erfaringstallene for hvor meget slammængden øges ved etablering af kemisk fældning? 9) Beregn de årlige udgifter til kemikalier for henholdsvis Jernsulfat som koster 287,5 kr/ton og Jernchlorid som koster 1275 kr/m 3. 10) Deponeringsafgiften for slam på lossepladsen i Topperup kommune ligger på 350 kr/ton. Beregn deponeringsafgiften ved henholdsvis drift af anlægget med Jernsulfat og Jernchlorid! 11) Hvilket fældningskemikalie vil du anbefale til driftslederen? 2011 kemiske anlæg.docx 49

50 Kemikalier De mest anvendte kemikalier kan karakteriseres som vist i tabel. Handelsnavn Ferrosulfat (heptahydrat) Ferrichlorid AVR Kemisk sammensætning FeSO 4,7H 2 O FeSO 4, 7H 2 O 25% FeC1 3 x XH 2 O Al 2 (SO 4 ) 3 xxh 2 O Aktivt metal vægt % Fe ++ 18% Fe ++ 4,5% Fe % Al +++ ~ 9% Mol Me pr. kg handelsvare Vægtfylde handelsvare 3,2 0,8 2,1 3,2 Ca. 1 1,1-1,2 1,46 Ca. 1 Leveringsform Puddersukker Flydende Flydende Granulat Lagerform Doseringsform Opløsningsanlæg, sække Overløb fralagertank Tank Tank Silo (store sække) Fra tank Fra tank Via opløsertragt eller direkte Forbrug af kg handelsvare pr. kg P ved Molforhold = 1 og Molforhold =1, kg kem. slam pr. kg doseret handelsvare 0,5 0,13 0,33 0,45 Karakterisering af fældningskemikalier kemiske anlæg.docx 50

51 Vejledninger til laboratorier forsøg Øvelse i fældningsreaktioner Udstyr: reagensglas i stativer. universalpapir og spatel Kemikalier/ reagenser: jern(iii)chlorid, calciumchlorid, aluminiumchlorid, natriumhydrogenphosphat og 3 prøver, hvoraf kun den ene indeholder phosphat. Opgave : I skal lave nogle forsøg, hvor I starter med at opløse to letopløselige salte i vand. Derefter hældes opløsningerne sammen og det registreres, om der dannes bundfald og om der sker en ph-ændring. Eksempel: Antag at vi skal anvende følgende udgangsstoffer: natriumhydrogenphosphat og aluminiumchlorid De to stoffer opløses i vand, og opløsningerne hældes sammen. Derved får man en blanding, der indeholder følgende ioner: Na + (aq) HPO 4 2 (aq) Al 3+ (aq) Cl (aq) Da aluminiumphosphat er en tungtopløselig kombination vil der ske følgende fældningsreaktion: Al 3+ (aq) + HPO 4 2 (aq) AlPO 4(s) + H + Na + (aq) og Cl (aq) bliver i opløsningen. H + medfører at opløsningen bliver sur og dermed får et lavere ph - dette registreres med et stykke ph-papir kemiske anlæg.docx 51

52 Fremgangsmåde Opløs de to udgangsstoffer i demineraliseret vand i hvert sit reagensglas. Der anvendes en ½ spatelfuld stof og ca. 5 ml dem.vand. Derefter hældes de to opløsninger sammen i et af reagensglassene. For hvert forsøg skal man omhyggeligt notere iagttagelser i skemaet. Sæt et plus hvis der sker en udfældning og opskriv reaktionsskemaet for den fældningsreaktion der sker. Mål ph med et universalpapir og noter også dette i skemaet. Når man skriver et reaktionsskema, skriver man først de korrekte formler, hvorefter man om nødvendigt afstemmer reaktionsskemaet ved at sætte koefficienter foran formlerne. jern(iii)chlorid calciumchlorid aluminiumchlorid natriumhydrogenphosphat ph Hvilken af de tre udleverede prøver indeholder phosphat: 2011 kemiske anlæg.docx 52

53 Kemisk fosforfjernelse Forskellige fældningskemikalier Ved brug af forskellige fældningskemikalier skal der laves nogle undersøgelser omkring fældning af fosfor ( kemisk fosforfjernelse). Fosfor kan fjernes fra spildevand ved at fælde med positive ioner Fe 3+ ; Al 3+ eller Ca 2+ Der udføres fældningsforsøg med to forskellige fældningsreagenser: Jernchlorid Aluminiumsulfat. 1. Før forsøgene kan starte, skal fosfat indholdet i prøven kendes. 2. Bestem indholdet af orthofosfat ved HACH i efterklaringstanken og biotanken. 3. Fældningerne udføres i 2 L bægerglas. 4. Der udtages 1,5 L spildevand fra efterklaringstanken og 1,5 L spildevand fra biotanken (ufiltreret). 5. Herefter beregnes hvor meget fældningskemikalie der skal tilsættes for at fælde al fosfor i de 1,5 L spildevand.(se koncentrationen af fældningsreagenserne på etiketten) Vi anvender et molforhold 1:1 mellem fosfor og fældningskemikalie. 6. For at opnå en god fældning er det vigtigt med den rigtige omrøring under og efter tilsætningen af kemikaliet. Forsøg 1, tilsætning af jernchlorid som fældningsreagens : A. Start med en 1,5 L prøve fira biotanken i et 2 L bægerglas B. tilsætning af den beregnede mængde fældningskemikalie C. max omrøring i 10 sek D. langsom omrøring i 10 min E. sluk og fjern omrøreren F. lad prøven bundfælde G. udtag en prøve fra toppen H. bestem indholdet af fosfor (PO 4 3 -P) i prøven ved HACH I. gentag forsøget med en prøve fra efterklaringstanken. Forsøg 2, tilsætning af aluminiumsulfat som fældningsreagens : A. Start med en 1,5 L prøve fra biotanken i et 2 L bægerglas B. tilsætning af den beregnede mængde fældningskemikalie C. max omrøring i 10 sek D. langsom omrøring i 10 min 2011 kemiske anlæg.docx 53

54 E. sluk og fjern omrøreren F. lad prøven bundfælde G. udtag en prøve fra toppen H. bestem indholdet af fosfor (PO P) i prøven ved HACH I. gentag forsøget med en prøve fra efterklaringstanken. Betydningen af at tilsætte fældningskemikalie i underskud og overskud. Forsøg 3: Tilsætning af fældningskemikalie i underskud Molforholdet mellem fosfor (PO 4 3 -P) og fældningskemikalie skal være l :0,5 Gentag forsøget som ovenstående, men med fældningsreagenset i underskud, ved tidsmanglen laves kun på den ene tank. Forsøg 4: Tilsætning af fældningskemikalie i overskud Molforholdet mellem fosfor (PO 4 3 -P) og fældningskemikalie skal være f.eks.1:1,5 Gentag forsøget som ovenstående, men med fældningsreagenset i overskud, ved tidsmanglen laves kun på den ene tank. Betydningen af SS for fældningen For at undersøge om mængden af SS har noget at sige for fældningen, kan forsøget udføres på en filteret prøve fra efterklaringstanken samt en ufiltreret prøve fra beluftningstanken kemiske anlæg.docx 54

55 Alkalinitet Teori: Alkalinitet er spildevandets bufferkapacitet, det vil sige evnen til at modstå kemikalie doseringer uden at der sker en ph-ændring. Ved alkalinitet forstås spildevandets indhold af basiske stoffer udtrykt ved den syremængde som spildevandet kan optage. Alkalinitet bestemmes ved en titrering, dvs der udtages en bestemt mængde spildevand, som tilsættes en indikator. En indikator er et stof som har forskellig farve afhængig af ph. Der tilsættes(titreres) syre indtil indikatoren ændre farve (slår om). Apparatur og reagenser: Koniskkolbe Spildevand Indikator (Bromcresolgrønt) omslag ph (3,6-5,2 ) gul når ph er mindre end 3,6 blå når ph er større end ph 5,2 Burette med HCl 0,0100 M Fremgangsmåde: Overfør 25,00 ml spildevand til en koniskkolbe (200mL) Tilsæt 8 dr. Indikator (blåfarve) Sæt kolben på magnetomrører Tilsæt langsomt fra buretten (dråbevis) HCl Fortsæt indtil omslag (blivende grønfarve) Aflæs antal ml der er forbrugt på buretten. Resultatbehandling: Beregn spildevandets alkalinitet, som mmol brintioner der forbruges /L spildevand for at nå omslagspunktet kemiske anlæg.docx 55