EnviDan Fuglebækvej 1B DK-2770 Kastrup Tlf.: +45 32 50 79 44 Fax: +45 32 50 79 45 E-mail: envidan@envidan.dk Artikel til Microben Juni 2007 APS Avanceret Proces Styring Kort beskrivelse : Innovativ teknik til forøgelse af hydraulisk og organisk kapacitet på renseanlæg uden udbygning, samt online energi- og slamminimering 1 af 7 Ref.: GEP 16.05.2007 Dato: 1 TITEL Forbedret hydraulisk og organisk kapacitet på eksisterende renseanlæg uden behov for udbygning APS Avanceret Proces Styring Forfatter: Gert Petersen, EnviDan, Fuglebækvej 1B, 2770 Kastrup 2 INDLEDNING På mange danske renseanlæg er der problemer med enten organisk eller hydraulisk overbelastning af eksisterende anlægsdele. Specielt regnbetingede overløb på renseanlægget kan være et stort problem i fremtiden, og skal nedbringes bedre jf. vandrammedirektivet. EnviDan har gennem de sidste 5 år udviklet innovative proceskombinationer, der kan løse disse problemer, og i de fleste tilfælde uden at forøge anlæggets procesvolumen eller efterklaringstankenes overfladeareal. Vi kalder konceptet APS, Avanceret Proces Styring, hvor man integrerer optimal udnyttelse af eksisterende procestanke med automatisk procesregulering af den biologiske N- og P-fjernelse. Afhængigt af det aktuelle behov for udvidelse af organisk eller hydraulisk kapacitet, kan man, med eksisterende procestanke og efterklaringstanke, forøge anlægkapaciteten organisk og/eller hydraulisk med 50-80%. Systemet kan udbygges ved anvendelse af en optimering af den biologiske kvælstofog fosforfjernelse ved brug af sidestrømshydrolyse på returslammet (SSH), samt anvendelse af Avanceret Online Styring (AOS) af kvælstof- og fosforfjernelsen i de biologiske processer på renseanlægget, til energi- og slamminimering. Konceptet er meget fleksibelt, og kan indpasses i de fleste eksisterende systemer, blot der er mindst 2 aktiv slamtanke til rådighed i det eksisterende anlæg. CVR 25 36 71 89 Microben maj 2007.doc EnviDan Øst A/S
Avanceret Proces Styring, APS 2 af 7 Tilløb, spildevand ARP AS EKT SSH Figur 1 APS konceptet, delelementer Systemet er veldokumenteret gennem fuldskalaerfaringer med delelementerne i APS konceptet: Biologisk fosforfjernelse ved sidestrømshydrolyse (SSH), 35 anlæg i Danmark Aktiv Returslam Proces (ARP) til forøgelse af hydraulisk og/eller organisk kapacitet, 5 anlæg i Danmark, og adskillige i udlandet (specielt i Tjekkiet) Avanceret Online Styring (AOS) til energiminimering og reduktion i slamproduktion, samt forbedret næringssaltfjernelse i det aktive slamanlæg, 20 anlæg implementeret af EnviDan i Danmark De enkelte delelementer i APS konceptet er beskrevet i det følgende. strømshydrolyse af returslam (SSH) Biologisk fosforfjernelse initieret ved hydrolyse på en delstrøm af returslammet fra efterklaringstankene er udført i fuldskala på 35 renseanlæg i Danmark siden 1996, og er nu en internationalt anerkendt metode til forbedring af biologisk kvælstof- og fosforfjernelse ved moderate procestemperaturer (5-20 o C). (Ref./1/ og /2/). Populært sagt producerer man selv den nødvendige mængde letomsætteligt organisk stof til optimering af biologisk N- og P-fjernelse udfra returslammets SS. SSH processen kan med fordel kombineres med tilførsel af rejektvand fra afvanding af udrådnet slam, højt koncentreret industrispildevand og eksternt slam i øvrigt, hvorved disse højtbelastede delstrømme bliver udlignet før biologisk behandling i det aktive slamanlæg, og det organiske stof omdannes til letomsætteligt organisk stof til optimering af de biologiske processer til biologisk kvælstof og fosforfjernelse i det aktive slamanlæg. Anvendelse af sidestrømshydrolyse kombineret med udligning af højtkoncentreret rejektvand fra afvanding af udrådnet slam er udført på renseanlæg i Næstved i 2002 (rejektvand fra udrådnet CAMBI-behandlet bioslam), på Hillerød renseanlæg i 2003 (re-
Avanceret Proces Styring, APS 3 af 7 jektvand fra udrådnet primær- og biologisk slam), på Aalborg Øst og Vest renseanlæg i 2002-2004(rejektvand fra udrådnet biologisk slam, samt tilsat melasse til hydrolysetanken for forbedret BIO-P og denitrifikation) og med en særlig anvendelse på Skive renseanlæg i 2004 (tilsætning af slagterispildevand til slamhydrolysetanken som middel til belastningsudligning af industrispildevand og forbedring af BIO-P og denitrifikation). Ved anvendelse af SSH processen har man dokumenteret en kraftig forbedring i den biologiske fosforfjernelse, og en tilsvarende kraftig reduktion i kemikaliebehovet til fosforfjernelse (slamminimering). Aktiv Returslam Proces (ARP) Princippet i ARP processen er brugt i fuldskala siden 1998 til forøgelse af den organiske kapacitet og nitrifikationskapacitet på renseanlæg, bl.a. i Tjekkiet, (Ref./3/), men ved brug af APS konceptet kan man derudover udnytte processen innovativt ved kombinationen af hydraulisk og organisk kapacitetsforøgelse, ligesom ARP processen kan kombineres med SSH processen til optimering af BIO-P og denitrifikation. ARP processen kan beskrives på følgende måde: En del af den biologiske omsætning flyttes fra den oprindelige aktive slamanlæg til et volumen på returslammet med alternerende nitrifikation og denitrifikation, hvor slamkoncentrationen (returslamkoncentrationen) er betydeligt højere end i det aktive slamanlæg. Herved forbedres volumenudnyttelsen kraftigt til specielt COD-omsætning, men også en stor del af kvælstoffjernelse kan foregå her i kraft af slamhydrolyseprocesser, hvor COD og kvælstof frigøres fra slamfasen. ARP processen kan udnyttes til hurtigere omsætning af højtkoncentrerede kvælstof kilder, som rejektvand fra udrådning, hvor man udnytter den høje slamkoncentration i ARP tanken til en meget effektiv nitrifikation/denitrifikation. Det er nu kun den opløste kvælstoffraktion i tilløbsspildevandet, der skal omsættes med passage af hovedstrømmen gennem det aktive slamanlæg. Hvis hovedformålet er en organisk kapacitesforøgelse på renseanlægget vil man, med eksisterende procesvolumen og minimum tre procestanke, kunne forøge anlæggets organiske kapacitet med mere end 50% og samtidigt opretholde den samme hydrauliske kapacitet på efterklaringstankene. ARP processen er udnyttet til forbedret organisk kapacitet på renseanlæg i Danmark og i udlandet på anlæg med kun to procestanke (Medzev, Slovakiet, 2002), anlæg med tre procestanke (Rafey, Dominikanske Republik, 2005) og på renseanlægget Bjergmarken, Roskilde til en udvidelse af anlægskapaciteten med 15% ved benyttelse af en procestank med et volumen på mindre end 9% af det samlede procesvolumen. Hvis formålet er forøget hydraulisk kapacitet på efterklaringstankene, vil man, med eksisterende klaringstanke og procesvolumen, kunne forøge den hydrauliske kapacitet med mere end 80% uden at formindske den organiske kapacitet på renseanlægget. Denne anvendelse af ARP processen er også benyttet på Rafey, Dominikanske Republik, for at undgå udbygning med flere efterklaringstanke, samt på Nykøbing Falster renseanlæg, for at spare udbygning med en ekstra efterklaringstank. Hvis ARP processen kombineres med SSH processen, vil man opnå en betydelig kapacitetsforøgelse i både N- og P-fjernelsen i hovedanlægget, idet kvaliteten af det op-
Avanceret Proces Styring, APS 4 af 7 løste organiske stof, der produceres i hydrolysetanken giver en hurtigere denitrifikationshastighed og en god biologisk fosforfjernelse i det efterfølgende aktive slamanlæg. Dette betyder, at man med fordel kan supplere med en avanceret online styring (AOS) af fosfor- og kvælstoffjernelsen i det aktive slamanlæg, for at opnå den fulde effekt af de beskrevne procesoptimeringer, idet både kvælstof- og fosforfjernelsen konkurrerer om det letomsættelige COD der produceres ved slamhydrolysen, og den biologiske fosforfjernelse kræver, at nitrat-n niveauet i det aktive slamanlægs procestankene ikke bliver for lavt med efterfølgende problemer med fosforstripning fra slammet. AOS Avanceret Online Styring EnviDans koncept for online styring omfatter følgende moduler: Energiminimering ved kvælstofstyring baseret på ammonium kontrol Kemikalieminimering baseret på biologisk fosforfjernelse kontrol Styring af kemisk fosforfjernelse Styring af tilsætning af eksternt kulstof EnviDans AOS system giver en omgående reduktion af energiforbrug, slamproduktion og afløbsafgifter. Systemet er implementeret på mange danske renseanlæg og med en dokumenteret tilbagebetalingstid på mindre end 2 år (Damhusåens renseanlæg, 2004). EnviDans fuldskala referencer for ARP processen MEDZEV renseanlæg, Slovakiet, 9000 PE, 2002 Ekstra organisk kapacitet RAFEY renseanlæg, Dominikanske Republik, 260.000 PE, 2005 Ekstra organisk og hydraulisk kapacitet BJERGMARKEN, DK, Pilotforsøg, 2006 Ekstra organisk kapacitet BJERGMARKEN, DK, 10.000 PE, 2007 Ekstra organisk kapacitet NYKØBING FALSTER, DK, 50.000 PE, 2007 Ekstra hydraulisk kapacitet BUKAREST renseanlæg, Rumænien, 2 mio. PE 2008 Ekstra organisk og hydraulisk kapacitet Anlæggene i Slovakiet og på den Dominikanske Republik er bygget af Per Aarsleff, med EnviDan som procesrådgiver.
Avanceret Proces Styring, APS 5 af 7 Eksempler: 1 ARP processen til forbedret organisk og hydraulisk kapacitet RAFEY renseanlæg, 260.000 PE, Dominikanske Republik, 2005 På dette anlæg anvendes ARP processen på 33% af det samlede procesvolumen. Ved denne udnyttelse sparede man en større udbygning af det aktive slam volumen og en ekstra Ø 45 m efterklaringstank, da tørstofindholdet i hovedanlægget kunne sænkes til 3,9 kg SS/m 3, når tørstofindholdet i ARP tanken er 11 kg SS/m 3. På denne måde opnåede man samtidigt en 33% højere organisk og hydraulisk kapacitet på de eksisterende anlægsdele i.f.t. konventionel drift. De tre efterklaringstanke kan maksimalt klare en tørstofbelastning svarende til en slamkoncentration på 3,9 kg SS/m 3 i det aktive slamanlæg. Anlægget er 75% organisk belastet og afløbsresultater fra anlægget kan ses i tabellen herunder. Afløbsresultater fra Rafey renseanlæg, 2005 SS SS BDO BDO COD COD Total N Total N Total P Total P Month (inlet) (outlet) (inlet) (outlet) (inlet) (outlet) (inlet) (outlet) (inlet) (outlet) (mg/lit) (mg/lit) (mg/lit)(mg/lit))(mg/lit)(mg/lit))(mg/lit))(mg/lit))(mg/lit))(mg/lit)) May 211.1 28.3 90.1 16.5 337.6 43.7 25.7 5.4 6.9 2.9 June 274.3 19.6 75.7 7.5 346.1 16.7 35.3 3.6 10.7 2.7 July 236.1 19.5 91.2 5.1 236.6 9.0 16.7 3.0 5.3 0.9 August 244.9 19.2 38.7 8.7 187.3 18.6 20.2 3.8 4.9 3.1 September 206.1 15.5 53.6 9.1 261.8 26.9 18.5 4.3 7.5 4.2 October 177.1 17.3 58.4 10.7 233.8 21.7 17.4 6.7 6.0 3.7
Avanceret Proces Styring, APS 6 af 7 Eksempler 2 ARP processen til forbedret hydraulisk kapacitet Nykøbing Falster renseanlæg, 50.000 PE, 2007 På dette anlæg anvendes ARP processen på 25% af det samlede procesvolumen, hvor alt returslam tilledes denne tank (12 kg SS/m 3 ). Ved denne udnyttelse sparede man en udbygning med en ekstra Ø 27 m efterklaringstank, da man kan sænke tørstofindholdet i 75% af anlægget til mindre end 2,5 kg SS/m 3, hvorved slamtørstofbelastningen til efterklaring falder med mere end 50% i.f.t. normal driftsform. Anlægget er ca. 60% organisk belastet og ARP processen sættes i drift i sommeren 2007. Returslam Forklaret spildevand ANAEROB BIO-P TANK TANK 1 Slam til Efterklaringstanke TANK 4 5 2 3 ARP Tank Forbedret procesform med ARP og normal BIO-P Ny driftsform på Nykøbing Falster renseanlæg, 2007
Avanceret Proces Styring, APS 7 af 7 Litteratur Ref./1/ Bernard, J.L. et al. Key features of successful BNR operation Wat.Sci.Tech., VOL 53,No.12, pp 1-9 Ref./2/ Vollertsen, J. et al. Hydrolysis and fermentation of activated sludge to enhance biological phosphorus removal Wat.Sci.Tech., VOL 53,No.12, pp 55-64 Ref./3/ Krhutková, O. et al. In situ bioaugmentation of nitrification in the regeneration zone: Practical application and experiences at full-scale plants Wat.Sci.Tech., VOL 53,No.12, pp 33-49