Erfaringer med biologisk fosforfjerning i fullskala. Leif Ydstebø Prosessingeniør IVAR IKS

Transkript

1 Erfaringer med biologisk fosforfjerning i fullskala Leif Ydstebø Prosessingeniør IVAR IKS

2 Biologisk fosforfjerning introdusert i Norge i 1995 på to anlegg: Vik RA på Jæren, IVAR, p.e. bare biologisk fosforfjerning Groos RA i Grimstad, p.e. biologisk fosfor- og nitrogenfjerning Inntil da: Kjemisk felling: Effektiv for fosforfjerning og høy grad av fjerning av organisk stoff Enkel drift, tåler lav temperatur og variasjon i hydraulisk belastning, Produserer ekstra slam fra fellingsproduktene, binder fosfor sterkt, mindre plantetilgjengelig, kjemikalier i slam til jordbruksformål (!)

3 «Skepsis» til biologisk fosforfjerning (Bio-P) Lav temperatur i avløpsvannet påvirker prosessen Ugunstig sammensetning av avløpsvann; mye organisk stoff på partikkelform, lite løst; Bio-P krever en viss mengde løst organisk stoff Begrenset effektivitet, kunne få problem med strenge rensekrav; mange renseanlegg i Norge hadde (har?) krav til P < 0.5 mg/l i utløp, Kritisk for partikkelseparasjon ettersom det baseres på suspendert slam aktivslam, spesielt ved høy hydraulisk belastning (mye fellessystemer) (fastfilmanlegg var mest vanlig i Norge for biologisk rensing) Høyt P-innhold i slam (SS), høyt P i utløp ved slamflukt

4 Biologisk fosforfjerning kritiske faktorer! Pin Aerobic bioreactor Sed. Return sludge Figure: Aerobic activated sludge system Pwaste Pout Ordinært aktivslam anlegg for fjerning av organisk stoff * luftebasseng + sedimentering Pin anaerobic aerobic Pout Aktivslam anlegg modifisert for biologisk fosforfjerning * anaerob tank + luftebasseng + sedimentering Return sludge Pwaste Figure: Anaerobic-aerobic activated sludge system

5 Biologisk fosforfjerning kritiske faktorer: Anaerob tank før luftebasseng funksjon: Gir grunnlag for vekst av mikroorganismer (PAO) som tar opp mye mer P enn vanlige aktivslam organismer (OHO) PAO akkumulerer inntil 38 % P (0.38 gp/gvss) OHO akkumulerer rundt 2-3 % ( gp/gvss) Vekstkrav: Tilgang på flyktige fettsyrer (eddiksyre) i den anaerobe sonen lite av i avløpsvann, dannes ved fermentering av andre løste organiske forbindelser i den anaerobe sonen (mainstream) eller i egen fermenter fra primærslam (sidestream)

6 IVAR IKS FORSYNINGSOMRÅDE Bio-P: SNJ Vik Grødaland SNJ, pe. Bore Vik Grødaland Langevann vannbehandlingsanlegg

7 Belastning/kapasitet p.e. (2017) Vik Grødaland SNJ / / / Forbehandling -- Flotasjon m/polymer Biologisk 3*200 m 3 anaerobe 2*700 m 3 aerobe Totalt 2000 m 3 SBR, 4 stk a 750 m 3 Totalt 3000 m 3 Vannmengde Hydrotech filter, 100 µm 3 linjer med m 3 anaer m 3 aerob Totalt m 3 Rensekrav BOF / KOF BOF / KOF BOF / KOF

8 Vik bio-p renseanlegg flytskjema Prøvetaker innløp Pumpestasjon Rist Aktivslamtanker med omrøring Sand og fettfang Luftebasseng Sedimenteringsbasseng Prøvetaker utløp Utløp Khafagi- Venturi målerenne Returslam Omløp Elektromagnetisk mengdemåler - Direkte til biologisk del etter rist og sandfang - Tre anaerobe tanker i serie, kan velge å tilsette avløpsvann til nr. 1 og 2 - Uttak av overskuddslam på returslamledning, fortykkes i trommelfortykker -

9

10 - Ortofosfat inn-ut i Høyest om sommeren høy temp! - Vanskeligere å holde på fosforen - Frigjøres raskere i sed-bassenget - Nitrifikasjon/Nitrat ødelegger anaerob sone dårligere P rensing - Nitrat floterer slam i sed-basseng høyere SS ut

11 Vik historikk - Bygget i 1995, krav til 0.5 mg/l P i utløpet holdt kravet på årsbasis : EU s avløpsdirektiv implementert endret fra P krav til bare fjerning av organisk stoff (BOF / KOF) «Sekundærkrav» : Utvidet fra til p.e. pga. industripåslipp (meieri + potet) med mye løst organisk stoff. Økte luftekapasiteten ikke volumer ettersom økning i hydraulisk belastning var liten - Brukte bare luftetanken i begynnelsen fikk problemer med å holde O 2 -overskudd perioder med < 0.3 mg/l med fare for dårlig sedimentering «low DO bulking» - Tok i bruk anaerobe tanker fjernet deler av løst organisk stoff der fikk dermed høyere oksygenoverskudd i luftetanken

12 - Anaerob sone tar opp en del løst organisk stoff - Reduserer luftebehovet i luftebassenget klarer dermed å holde positiv O 2 - Selv om det ikke er krav om P rensing så hjelper biologisk fosforfjerning renseprosessen som helhet

13 - Total-fosfor inn-ut Snitt: - Innløp = 7.0 mg/l - Utløp = 1.23 mg/l - 83 % P fjerning - 93 % BOF fjerning - 84 % KOF fjerning - Høyest P i utløp om sommeren høy temp! - Høyere SS i utløp øker fosfor i utløp

14 - Slamseparasjon kritisk for bio-p - Tendens til høyere SS i utløp om sommeren - Prosessene går raskere om sommeren pga. høyere temperatur både de som er bra og de som ikke er bra - Vanskeligere å opprettholde akseptabel oksygen pga. høyere forbruk og lavere løselighet raskere P frigjøring i sed-basseng

15 Grødaland renseanlegg SBR (sequential batch reactor) bygget Dominert av industriavløp mye løst lettnedbrytbart organisk stoff; «mer enn forventet» - Opprinnelig en aerob prosess, men med omrørere så man kunne skru av luftingen - Problem med å holde positiv oksygen utviklet dårlig slam som ikke sedimenterte - Forsøk med redusert belastning hjalp litt men ikke tilstrekkelig kontroll - Forsøk med anaerob/ikke-luftet periode i starten hjalp litt men ikke tilstrekkelig kontroll : Etablerte forbehandling, flotasjon m/felling og utjevningsbasseng - Problem å felle vann med ph mellom 4 og 10 (pga. industri) - Metallsalt (Fe og Al) feller ut fosfor ødelegger for biologi i SBR «fosformangel» utviklet slam som minnet om slim eller polymer - Fant til slutt en polymer som feller ut SS, men ikke P og tåler store ph variasjoner

16 - Selv med forbehandling problem å holde positiv oksygen i starten av syklusen Grødaland renseanlegg Kviamarka Rist Sand og fettfang Pumpestasjon Flokkuleringstanker Varhaug - Vurderte flere tiltak for å øke O 2 -tilførsel; ren O 2 tilsetting, mer effektive membraner, Norsk Protein SBR-anlegg Elektromagnetiske mengdemålere Utjevningsbasseng Prøvetaker utløp flotasjon Polymerdosering Flotasjonsbasseng - Valgte å legge over til bio- P drift, med tett oppfølging «må gjøre bio- P riktig» Overløp - BINGO: Endelig etter års frustrasjon fikk vi SBR anlegget til å fungere!!!!!!!!!!!!!!! Prøvetaker utløp Vannmengden fra hver sump måles med elektromagnetiske mengdemålere og summeres for beregning av belastning på anlegget. Prøvetaker innløp er plassert etter rist, sand- og fettfang, ved innløp flotasjon. Det er en prøvetaker i utløp av flotasjonen som benyttes når SBR anlegget ikke er i bruk. Det er en prøvetaker på utløp SBR anlegg som benyttes når SBR anlegget er i bruk. Det er en elektromagnetisk mengdemåler i utløpet til SBR.

17 - Høyt O 2 -forbruk i starten, avtar ettersom organisk stoff brytes ned - Uten anaerob fase først ville O 2 -forbruket oversteget kapasitet - Resulterer i O 2 -mangel og utvikling av dårlig sedimenterbart slam «Low DO bulking»

18 - Anaerob fase minutt, inkludert påfylling av avløpsvann Grødaland SBR: KOF gjennom en SBR syklus - Opptak av løst KOF i anaerob fase timer lufteperiode nødvendig for stabil prosess totalt 6 t syklus - Såpass lav KOF ved start lufting at positiv O 2 blir opprettholdt og slammet sedimenterer bra - SVI = 150 ml/g

19 - Anaerob fase med høy frigjøring av PO 4 -P, tegn på bio-p Grødaland SBR: PO 4 -P gjennom en SBR syklus - Fullstendig opptak av PO 4 - P i aerob fase - Testet variabel anaerob periode: - For kort; for mye løst KOF igjen ved start aerob periode, problem med oksygen - For lang; for kort tid til aerob fase innenfor syklustiden

20 Sentralrenseanlegg Nord-Jæren

21 Nytt Sentralrenseanlegg Nord-Jæren (SNJ) 1. Behov for økt kapasitet pga. befolkningsvekst: - Kapasitet gammelt anlegg: p.e. - Belastning 2016: p.e. - Nytt anlegg kapasitet: p.e. ( p.e. i 2050) 2. Rensemetode valgt ut fra krav til rensing (EU - sekundærkrav) og kvalitet på slam mindre kjemikaliebruk og plantetilgjengelig fosfor. 3. Rensemetode endres fra kjemisk felling til biologisk rensing med aktivslam og biologisk fosforfjerning 4. IVAR skal produsere gjødsel av slammet i en nylig bygget gjødselfabrikk krever slam av god kvalitet.

22 Nytt Sentralrenseanlegg Nord-Jæren (SNJ) 5. Designet med uttak av primærslam (SS) med filter for maksimering av energigjenvinning: - Høyere biogassproduksjon (tar ut «ferskvarene») - Mindre volum til biologisk anlegg - Mindre luftebehov (energibehov) til biologisk anlegg 6. Designet for rensing av fosfor (ikke krav) for å resirkulere fosfor til gjødsel fosfor er regnet som en begrenset ressurs - Maksimere gjenvinning av næringsstoffer (N, P, K) (Struvitt-felling) lite ekstra innsats for å lage bio-p sammenlignet med rent aerobt anlegg for fjerning av bare organisk stoff

23 SNJ - utbygging

24 - Filter (Hydrotech) som forbehandling fjerner ca. 60 % SS - 3 anaerobe tanker i serie stimulerer bedre bio-p (som på Vik) - Avlang aerob tank, høyest tetthet på membranluftere i begynnelsen hvor behovet er størst

25 SNJ så langt (sept-17 jan-18) Inn (mg/l) Ut (mg/l) Fjerning (%) BOF KOF SS Løst BOF (< 20) 72 Løst KOF Total P Orto-P Høy fjerning av BOF/KOF god biologisk prosess - Grei fjerning av total P - Høy orto-p i utløp, bra opptak i biologi, men slipper orto-p i sedimenteringsbasseng - SVI = ml/g meget bra lav SS i utløp, synkende tendens

26 SNJ så langt Startet i juni 2017 med biologisk rensing i en linje, linje 2 startet i august, sluttet da helt med jernklorid Gjenstår en linje, planlagt oppstart i mars 2018 Problemer med avvanning ved å gå fra kjemisk til biologisk slam mest sannsynlig pga. høy løst PO 4 -P i slam TS redusert fra % til %; noe bedre med tilsetting av jernklorid før avvanning men ingen varig løsning Skiftet polymer bedre resultat, men for lav TS Forsøk på struvitt-felling på slam før avvanning for å redusere løst PO 4 -P i slammet og få økt TS (Master-oppgave UiS)

27 Konklusjon bio-p hos IVAR Selv uten krav til fosforfjerning ser vi flere positive effekter av å drive med bio-p: Gjenvinning av en begrenset ressurs IVAR har gjødselfabrikk som trenger fosfor-supplement Bidrar til utvikling av slam som sedimenterer bra Reduserer maksimum oksygenbehov unngår oksygen-mangel og dårlig slam MEN: Fare for utfelling av struvitt øker pga. mye løst fosfat i systemet bør etablere kontrollert utfelling Vanskeligere slam å avvanne pga. løst fosfat kan forbedres med kontrollert struvitt-utfelling