Norconsult AS Vestfjordgaten 4, NO-1338 Sandvika Pb. 626, NO-1303 Sandvika Tel: Fax: Oppdragsnr.

Transkript

1 Til: Stord vatn og avlaup KF v/arnstein Hetlesæter Fra: Truls Inderberg og Ingrid Frogner Skår Dato: Bilag 7, KDP avløp og vassmiljø, Alternative reinsemetodar Biologisk eller kjemisk renseanlegg for primærrensing 1 BAKGRUNN Stord kommune har fått innvilget søknad om fritak fra sekundærrensekravet og planlegger bygging av primærrenseanlegg. I forbindelse med pågående rullering av hovedplan for vann og avløp gjennomføres det flere delprosjekter for å avklare egnet avløpsstruktur og egnede metoder for avløpsrensing. Det er ikke avklart hvilke prosessløsninger renseanleggene skal bygges med. Norconsult har tidligere, som en del av en forstudie, kalkulert og beskrevet et eksempelanlegg som vil tilfredsstille primærrensekravet på en god måte og som representerer kostnadsnivået for et godt primærrenseanlegg (Gjennomføring av rensekrav avløp - Utredning av fremtidig avløpsstruktur Forstudie av 27. april 2012). Dette anlegget er skissert som et kjemisk anlegg med flotasjon. Ved eventuell utvidelse til sekundærrensing er dette vist ved påbygg med biologisk rensetrinn. I forbindelse med rulleringen av hovedplanen er det stilt spørsmål om hvorvidt det vil være hensiktsmessig å bygge biologisk- eller kjemisk-biologisk anlegg fra starten av, hvilken avskilling som er best egnet, og ut fra dette vurdere om det er hensiktsmessig med en trinnvis utbyggingsmodell.. Dette notatet er ment for å belyse disse spørsmålene. Notatet gjennomgår alternative renseprosesser for primærrenseanlegg på Stord, og vurderer disses egnethet basert på både prosesstekniske og økonomiske forhold. Notatet har ikke til formål å velge en spesifikk renseprosess for renseanlegget. For å øke notatets lesbarhet vil noe av informasjonen om renseprosess omtalt i tidligere i arbeidene bli gjentatt. 1.1 Generelt om renseprosesser Tettbebyggelsen i Leirvik har i dag krav om sekundærrensing, men Stord kommune har søkt om, og fått innvilget krav om primærrensing, med mulighet for utvidelse til sekundærrensekravet på et senere tidspunkt. Det er derfor naturlig å planlegge renseanlegget for senere utvidelse til sekundærrensing. Følgende rensekrav gjelder for de to kategoriene: Primærrensing: o 20% BOF 5 reduksjon eller maksimalt 40 mg/l i utløpet o 50% SS reduksjon eller maksimalt 60 mg/l i utløpet Sekundærrensing: o 70% BOF 5 reduksjon eller maksimalt 25 mg/l i utløpet o 75% KOF reduksjon eller maksimalt 125 mg/l i utløpet Det er flere ulike renseprosesser som kan egne seg for både primær- og sekundærrensing. Tabell 1 viser forventet renseresultat etter enkelte prosesser. Det er viktig å merke seg at det er stort spenn i renseresultat fra relativt like anlegg. Samtlige prosesser forutsetter forbehandling Side 1 av 15

2 Tabell 1 Forventet renseeffekt for kommunalt avløpsvann med forskjellige renseprosesser. (Hallvard Ødegaard, 2012) Oversikt over rensemetoder og renseeffekt SS BOF 5 Tot-P % % % Siling <30 <20 <10 Sedimentering Biologisk Kjemisk Kjemisk-biologisk * Resultater fra silanlegg varierer mye fra anlegg til anlegg og med dimensjonering av silene. Det er f.eks. et slikt anlegg som i langtidsprøveperioder i snitt har rensegrad på SS og BOF 5 på hhv. over 85- og 70 %. (PRIMÆRRENS,2005) Legg merke til at resultatene for silanlegg er veldig konservative i tabellen over. Et riktig dimensjonert silanlegg vil ha høyere renseeffekter enn dette. De ulike prosesskombinasjonene med fordeler og ulemper vil bli gjennomgått videre. Forbehandling er anbefalt i forkant av alle anleggstypene. Dette inkluderer oftest rister og sand- og eventuelt fettfang. Da dette hovedsakelig er likt for samtlige prosesser omtales dette ikke videre. Slambehandlingen vil i det store og hele også være uavhengig av prosess, og omtales derfor ikke i notatet. Dette er med unntak av at fortykking kan unngås etter flotasjon. 2 PRIMÆRRENSING Som det fremgår av tabell 1 kan flere av prosesstogene oppnå primærrensekravet. Hvilken prosess som velges blir derfor en vurdering av ønsket driftssikkerhet, tilknyttede kostnader for investering og drift, samt tilgjengelig areal og mulighet for videre utvidelse til sekundærrenseanlegg. 2.1 Prinsipp Ved primærrensing tar man sikte på å separere nok slampartikler fra avløpsvannet til å fjerne tilstrekkelig mengde suspendert stoff (SS) og organisk stoff (BOF 5 ). Valg og dimensjonering av avskillingsenheten er derfor det sentrale spørsmålet i primærrensing De fleste avskillingsmetoder er basert på en av de følgende hoved prinsippene: Siling Sedimentering (inkludert lamellsedimentering) Flotasjon Dybdefiltering Dersom vannet kun ledes gjennom et avskillingstrinn, er anlegget et rent mekanisk renseanlegg. Avskillingstrinnet dimensjoneres ut fra en bestemt hydraulisk belastning som skal være tilstrekkelig lav til å sikre den avskillingsgrad vi ønsker. Dersom det inkluderes tilsetting av kjemikalier for felling og evt. flokkulering er anlegget gått fra å være et mekanisk renseanlegg til å bli et kjemisk renseanlegg. Fortsatt er dimensjoneringen av avskillingstrinnet basert på hydraulisk belastning. I og med kjemikalietilsetningen dannes det nå fellingsprodukter som også vil skilles av, samtidig som kjemikaliene sørger for at det partikulære materialet lettere lar seg separere. Tradisjonelt er det kjemiske rensetrinnets oppgave å fjerne fosfor. Da er det dannelsen av fellingsprodukter som er den viktige funksjonen Side 2 av 15

3 Avløpsvannets sammensetting og spesielt størrelsesfordelingen av partiklene vi ønsker å fjerne er viktig for om en gitt avskillingsmetode skal kunne nå kravene fordi dette sier noe om hva som skilles ut ved å fjerne partiklene, og noe om hvor lett partiklene vil la seg skille ut. Biologisk renseprosesser kan benyttes til fjerning av mange forskjellige komponenter. I kommunalt avløpsvann kan biologisk prosesser designes for å fjerne fosfor, nitrogen eller organisk stoff. Med hensyn til sekundærrensekravet er den biologiske renseprosessens funksjon å fjerne organisk stoff. Ved fjerning av organisk stoff er en vesentlig funksjon det biologiske rensetrinnet at det omsetter løst organisk stoff.. Den største andelen av organisk stoff i avløpsvann er imidlertid knyttet til kolloider og partikler, vanligvis rundt 70 %. Primærrensekravets krav til reduksjon av organisk stoff er relativt lavt ift. kravet til reduksjon av SS. Det betyr så er det SS kravet som ofte blir det kritiske kravet renseprosessen må innfri. Greier et anlegg SS kravet med god margin så vil det i det i de fleste tilfeller også ha innfridd kravet til fjerning av organisk stoff. Kjennskapen til hvor stor andel av det organiske stoffet som foreligger på løst form er i denne sammenheng veldig viktig å kjenne til. Årsaker til stor andel løst organisk stoff i avløpsvann kan være tilførsel av industrivann eller fra slamvannretur på anlegget. Under følger en gjennomgang av ulike avskillingsmetoder. 2.2 Silanlegg Finsiler kan benyttes for å oppnå primærrensekravet, og det er bygget flere silanlegg for primærrensing de senere årene. For god sikkerhet ift. overholdelse av primærrensekravet er det viktig med god planlegging og dimensjonering av renseanlegget. Hvorvidt primærrensekravet overholdes med i et silanlegg avhenger i vesentlig grad av vannets sammensetning og partikkelfordeling. Fra tidligere prøvetakning på Stord i 2010 ble det fastslått at det ikke kunne konkluderes verken positivt eller negativt ift. om primærrensekravet kunne innfris med siling. Prøver av avløpsvannet indikerte en høy andel av organisk stoff på partikulært form, noe som tilsier at vannet har egnet karakteristikk for innfrielse av primærrensekravet med siling. Samtidig ble det gjennomført tester med silduk iht. metodikk utviklet ifbm. SFTs rapport Primærrensing fra Flere av silprøvene innfridde ikke kravene til 20 % reduksjon av organisk stoff og 50 % reduksjon av suspendert stoff. Stord kommune har derfor tatt initiativ til en ny og mer grundigere karakteriseringen av avløpsvannet sitt for å fastslå mer konkret om siling er et aktuelt alternativ til nytt primærrenseanlegg. Dette er omhandlet i eget notat. 2.3 Sedimentering og flotasjon uten kjemikalietilsetning Primærrensekravet kan oppnås kun med sedimentering, dog med liten sikkerhetsmargin. Renseresultatene vil hovedsakelig avhenge av grad av forbehandling, partikkelstørrelsesfordeling og andel løst organisk stoff i avløpsvannet. Anlegget kan også være bygget opp som en slamavskiller (se avsnitt under) lamellsedimentering (Høvringen RA) eller flotasjon. Disse anleggene blir større enn silanleggene, men lar seg enklere bygge om til mer avanserte anlegg ved behov. Av slike anlegg i Norge er det flere som ikke klarer kravene til primærrensing (PRIMÆRRENS, 2005). Et bedre alternativt er derfor å bygge et sedimenteringsanlegg med mulighet for kjemikalietilsetning og eventuelt flokkuleringskamre slik at kjemikalier kan tilsettes ved behov. Da blir imidlertid anlegget et ordinært kjemisk renseanlegg og rene sedimenteringsanlegg vil derfor ikke separat vurderes videre for Stord. 2.4 Slamavskillere En slamavskiller er et sedimenteringsbasseng, men er utformet slik at slammet lagres i avskilleren og fjernes med sugebil. Slamavskillere vil kunne fjerne både sand, flytestoffer og sedimenterbare stoffer. I Norge er slamavskillere oftest benyttet som eneste rensetrinn for mindre belastninger (<1000 pe) med krav til Side 3 av 15

4 passende rensing iht. forurensningsforskriftens 13-8 anlegg. Det er tilnærmet ingen erfaring med bruk av store slamavskillere til å innfri primærrensekravet for større anlegg (>2000 pe). En grunn til dette er at slamavskillere krever store volumer i forhold til belastning, og raskt blir ugunstig store når størrelsen på anlegget øker. I tillegg representer tømming av store slamavskillerne en utfordring ved at slammet på bunn er vanskelig å få tak i. Utforming av slamavskillere med slamlommer og avtappingsrør kan bidra til å forenkle dette. Fordelen ved slamavskillere er at de har lave investeringskostnader og ikke er avhengig av maskinelle innretninger, hvor sistnevnte kan bidra til økt driftssikkerhet og mindre tilsynsbehov sammenlignet med andre primærrense metoder (Rensing av avløpsvann 2012). I og med at det er manglende erfaring med bruk av større slamavskillere til å oppfylle primærrensekravet, har Stord vann og avløp iverksatt en grundig etterforskning av to større slamavskillere i Sørreisa og Evenskjær itroms for å fastslå om slamavskillere er et aktuelt alternativ til nytt primærrenseanlegg. Dette er omhandlet i eget notat. 2.5 Kjemisk rensing Tabell 1 viser at et kjemisk anlegg når primærrensekravet med god margin og dette er en vanlig prosess i Norge. En stor del av disse anleggene vil også kunne klare kravet til sekundærrensing uten videre utvidelse. I kjemisk rensing tilsettes fellingskjemikalium som fører til koagulering av kolloider til større partikler samt utfelling av fellingsprodukter. Ved omrøring av vannet (flokkulering) vil partiklene binde seg sammen til større fnokker som lar seg avskille. Som koagulant benyttes som oftest salter av jern eller aluminium. For å forbedre utfellingen ytterligere kan det tilsettes en flokkulant, i form av polymer, som akselerer flokkuleringen og gir sterkere fnokker som lettere lar seg avskille. Flokkuleringen skjer oftest ved seriekoblete padlebasseng. Etter kjemisk tilsetning og flokkulering har sedimentering tradisjonelt vært den vanligste avskillingsformen, men flotasjon er også en egnet prosess. Denne prosessen fører til at betydelig større mengder fosfor og kolloider fjernes. Da ca. 70 % av det organiske materialet forekommer som kolloider og partikler har slike anlegg også bedre renseresultater av BOF 5 sammenlignet med for eksempel ren sedimentering. Mange forurensningskomponenter som man normalt ikke analyserer i avløpsvann er også tilknyttet partiklene slik at et kjemisk anlegg samtidig vil redusere forurensning av bakterier, tungmetaller, organiske mikroforurensninger, etc. En fordel med kjemiske anlegg er at kjemikalietilsetningen kan tilpasses avløpsmengden slik at anleggene i stor grad kan håndtere variasjoner og økt belastning uten at det krever fysisk utvidelse. Kjemiske anlegg her til lands viser til svært jevne renseresultat og anleggene er ansett som stabile og robuste i norske forhold Dosering og valg av kjemikalie til primærrensing Det er viktig å understreke at kjemikaliedosering for primærrensing ikke må sammenlignes med kjemikaliedosering for fosforfjerning. Ved fosforfjerning doseres fellingskjemikalie i et bestemt mengdeforhold til fosformengdene som skal fjernes. Ved primærrensing kan det doseres den mengde som er nødvendig for å sikre en god fjerning av organisk stoff. Dette krever langt mindre kjemikalier, i perioder kanskje ingen, enn fosforfjerning. Ved valg av fellingskjemikalie er det blant annet viktig å vurdere avløpsvannets kvalitet, slamproduksjon og pris. Målet er å fjerne tilstrekkelig med partikulært og kolloidalt materiale til å innfri primærrensekravet, samtidig som slamproduksjonen begrenses. SFTs rapport Primærrens fra 2005 omtaler kjemikaliedosering for primærrensing og anbefaler kombinasjon av kationisk polymer med en lav dose metallsalt for å tilfredsstille primærrensekravet. Ved bruk av jernklorid er det anbefalt å tilsette tilstrekkelig med polymer til at man holder dosen tilsatt jern under 5 mg Fe/l. Dette sørger for minimal ekstraproduksjon av slam på grunn av jerntilsettingen. (PRIMÆRRENS 2005). Det er viktig å påpeke at en bra designet avskillingsenhet på Stord mest sannsynlig vil ligge tett opptil å nå primærrenskravet uten bruk av kjemisk felling. Tilsetting av kjemikalier vil derfor fungere som et Side 4 av 15

5 sikkerhetstiltak for å nå de gjenværende prosentene av suspendert og organisk stoff som ikke fjernes mekanisk. Doseringen kan tilpasses til vannkvalitetens variasjon gjennom døgnet og årstidene. I et kjemisk anlegg med krav til reduksjon av fosfor er det vanlig å anta en dosering av jernklorid rundt 150 ml per kubikkmeter vann. For et primærrense anlegg på Stord med kun krav til reduksjon av suspendert stoff kan man høyst sannsynlig benytte seg av en mye mindre dose, og dermed redusere forbruket av kjemikalier og slamproduksjonen. Det er vanskelig å anslå hvor lavt man kan gå i doseringen uten videre testing av avløpsvannet. Dersom det velges å gå videre med et kjemisk primærrenseanlegg på Stord, burde derfor innledende forsøk med jar-tester gjennomføres for å peile seg inn på mest passende fellingskjemikalie(r) og nødvendig doseringsmengde. Et full skala forsøk burde deretter kjøres for å optimalisere doseringsmengden og doseringsstrategien. Noe grunnlag fra andre renseanlegg i Norge og verden eksisterer. På Høvringen RA i Trondheim ble det fra Jar tester fastslått at 1-2 mg/l dose av kationisk polymer var tilstrekkelig til å oppnå mer enn 50 % renseeffekt mht suspendert stoff. I et anlegg bestående av en høybelastet biofilmreaktor etterfulgt av koagulering og flotasjon ble det gjort forsøk som konkluderte med at en dosering på ca 5 mg Fe/l og 1 mg polymer/l var tilstrekkelig til å nå primærrensekravet (PRIMÆRENS 2005). I Mexico City ble det i 1996 gjort forsøk med ulike doseringer av jernklorid, alene og i kombinasjon med ulike kationiske polymere. Forsøkene viste at man kunne oppnå en renseeffekt på mellom % for SS og KOF med dosering av mg FeCl 3 /l. I kombinasjon med kationiske polymere kunne man oppnå samme renseeffekt eller bedre med dosering av mgfecl 3 /l og mg polymer/l (Nacheva et al., 1996). 2.6 Biologisk rensing Tabell 1 viser at et biologisk anlegg også når primærrensekravet med god margin. Det er viktig å forstå at et biologisk renseanlegg består av et biologisk rensetrinn, samt avskillingstrinnet som både det mekaniske og kjemiske renseanlegget også har. Et rent biologisk renseanlegg når også sekundærrensekravet. Disse anleggene blir imidlertid større enn kjemiske anlegg og kan være mer krevende å drive. Sammenlignet med kjemiske anlegg unngås driftsutgifter til kjemikalier mens utgifter til lufting av bioreaktoren kommer i tillegg Prinsipp Biologisk rensing av avløpsvann foregår ved at mikroorganismer benytter det organiske materiale i avløpsvannet som næring slik at det brytes med. Overskudd av mikroorganismer vil så separeres fra vannet. Renseeffekt og slamproduksjon ved biologisk rensing avhenger av den organiske belastning inn til bioreaktoren og den hydrauliske belastningen til etterfølgende avskillingstrinn hvor det organiske slammet og gjenværende slampartikler separeres fra vannet. Organisk belastning inn til bioreaktoren gjenspeiler hvor mye «mat» som er tilgjengelig per bakterie. En lav organisk belastning fører til at større andel av det organiske stoffet blir omsatt av mikroorganismene og at den endogene nedbrytningen (død og predasjon blant bakteriene) øker. Dette resulterer i høyere renseeffekt og lavere slamproduksjon, men må sees i sammenheng med at større tankvolumer kreves for å opprettholde en lav organisk belastning. For å redusere den organiske belastningen på det biologiske trinnet kan man legge inn en foravskilling i form av sedimentering eller finsiler. Dersom det dimensjoneres for et rent biologisk anlegg på Stord kun for å nå primærrensekravet vil dette i såfall måtte være en svært høyt belastet kompakt bioreaktor som tilfredsstiller renseeffekten på 20 % med hensyn på organisk stoff. Slamproduksjonen fra det biologiske trinnet vil da bli relativt stor siden det er mye mat per bakterie, noe som fører til økt vekst og at kun det lett nedbrytbare organiske stoffet blir omsatt. Reduksjonen av partikulært stoff vil fortsatt foregå i etterfølgende avskillingstrinn. I Norge er det ikke vanlig å benytte seg av rene biologiske anlegg dersom de med hensyn på organisk stoff gir en renseeffekt på under %. Da er det vanligere å benytte seg av et godt avskillingstrinn med kjemisk felling som typisk reduserer organisk stoff med %. Det er derfor vår anbefaling at et rent biologisk anlegg dimensjoneres Side 5 av 15

6 for å nå sekundærrensekravet. På denne måten reduserer man den biologiske slamproduksjon og sørger for tilstrekkelig volum dersom det i framtiden skulle bli satt krav til sekundærrensing. Det finnes en lang rekke utforminger av biologiske anlegg, hvorav aerobe prosesser med både fast- eller suspendert biomasse er egnet til norsk kommunalt avløpsvann. Ved kombinasjoner av aerob og anaerobe basseng kan også nitrogen og fosfor fjernes biologisk i slike anlegg (jfr. befaring i Danmark). Dette overgår imidlertid både primær- og sekundærrensekravet. Biologisk fosforreduksjon er en mer miljøvennlig prosess enn kjemisk fosforreduksjon, men et eventuelt krav om 90 % fosforfjerning er vanskelig å oppnå kun ved biologisk fosforfjerning. I Norge er det få store rene biologiske anlegg. Dette er blant annet grunnet fosforkrav og tidligere meningsstrømninger i det norske VA-miljøet. Det må nevnes at biologiske minirenseanlegg (5-50 PE) og mindre anlegg ( PE) kan være et miljøvennlig, sikkert og enklere alternativ for små tettsteder, hyttefelt, mindre industrier etc. August Norge AS er et eksempel på en slik leverandør av slike anlegg bestående av biologiske reaktorer i tanker (maks 400 PE i en tank) hvor anoksisk og aerob biologisk nedbrytning etterfulgt av slamseperasjon finner sted, se figur 1. Dersom et anlegg skal dimensjoneres for over 1200 PE er det påkrevd med eget servicebygg og det biologiske anlegget bygges da tradisjonelt i betong med forbehandling, bassenger og separasjonstrinn, se figur 2 (August Norge AS, 2014). Dette skiller seg da i prinsippet ikke fra et hvilket som helst annet biologisk renseanlegg. Figur 1: Biologisk minirenseanlegg (August Norge, 2014) Figur 2: Biologisk anlegg over 1200 PE (August Norge AS) Aktivslam I aktivslamanlegg vokser biomassen suspendert i vannet. Netto biomassevekst kan så fjernes som slam i påfølgende avskillingstrinn. I slike anlegg må en viss mengde av slammet tilbakeføres til bioreaktoren for å opprettholde den biologiske kulturen. Grunnet høy slamproduksjon i aktivtslamreaktorer benyttes normalt sedimenteringsbasseng etter denne prosessen. Aktivslamanleggene blir store og er derfor ofte vurdert som mindre økonomiske i norske forhold, hvor anleggene tradisjonelt bygges innendørs. Denne anleggstypen er likevel en del benyttet i Norge (HIAS, Bekkelaget, SNJ, Bergen (Flesland og Kvernevik) etc.). Aktivslam var den mest aktuelle biologiske prosessen før MBBR kom på markedet. At aktivslam også ble valgt i større nye anlegg som i Bergen og SNJ henger sammen med lokale forhold og at anleggene er store fjellanlegg hvor økt utsprengningsvolum gir mindre ekstrakostnad. Den såkalte SBR-systemet (sequential biological reactor) er også benyttet, men hovedsakelig som prefabrikkert løsning til mindre renseanlegg. Dette er en prosess hvor samme reaktor benyttes til både bioreaktor og sedimentering Side 6 av 15

7 Aktivslam er ikke vurdert videre for Stord da det er tatt utgangspunkt i et middelsstort daganlegg og denne prosessen er mindre kompakt og har større slamproduksjon en biologiske anlegg basert på biofilm Biofilm I biofilm-anlegg sitter biomassen fast på flater eller suspenderte plastbiter i luftetanken. Netto biomassevekst fjernes ved at biofilm skaller av når den blir for tykk slik at dette følger vannet og kan skilles av som slam i påfølgende seperasjonstrinn. Denne metoden er benyttet i flere norske anlegg med varierende størrelse. Da biofilmanlegg med suspenderte bærere blir langt mer kompakte, samt er mer robuste i forhold til variasjoner, er dette oftest den foretrukne biofilmløsningen i Norge i dag MBBR Den mest anvendte prosessen med biofilm på suspenderte bærere er MBBR (moving bed biofilm reactor). Bæremediet holdes suspendert og biomassen luftes ved hjelp av luftinnblåsing. I motsetning til de andre biologiske prosessene egner ikke denne metoden seg for biologisk P-fjerning. Så godt som alle avskillingsmetoder egner seg etter en MBBR reaktor, men sedimentering eller flotasjon er mest vanlig. MBBR er blitt en svært populær form for biologisk rensing og er blitt meget vanlig i Norge i løpet av de siste tiårene. Dette er blant annet som følge av behov for økt kapasitet i eksisterende aktivslam-reaktorer. 2.7 Avskilling Både kjemiske og biologiske anlegg krever avskilling av slammet. En avskillingsenhet dimensjoneres ut fra hydraulisk belastning, og vil være like stor for både det kjemiske og biologiske anlegget. Det er her en rekke alternativer å velge mellom hvor de ulike teknikkene gir varierende arealbehov, renseeffekt, driftskostnader og driftsutfordringer Sedimentering Prinsippet for sedimentering er at fnokkene skal rekke å sedimentere til bunnen hvor de kan pumpes bort. Slike basseng kan utformes på flere måter, som rektangulære eller sirkulære tanker, og med vertikal eller horisontal strømning. Sedimentering er den tradisjonelt benyttede avskillingsformen. Dette er en stabil og driftssikker prosess, men til gjengjeld den mest arealkrevende løsningen. Denne seperasjonsmetoden gir typisk 0,5-2 % tørrstoff i slammet og fortykking av slammet er nødvendig Lamellsedimentering Ved å innføre lameller i sedimenteringsbassengene øker man overflatearealet betydelig slik at den hydrauliske kapasiteten blir flere ganger større. Problemer med ustabile separasjonsresultater som følge av sammenblanding av slam og vannfasen samt begroing av lamellene fører imidlertid til at denne løsningen ofte gir varierende resultater og økt behov for tilsyn og vedlikehold. Slik vi ser det er lameller derfor hovedsakelig et alternativ ved utvidelse av kapasitet i eksisterende sedimenteringsbasseng. På den annen side skal det nevnes av Høvringen renseanlegg i Trondheim drives med lamellsedimentering. Prosessen blir ikke lagt til grunn for de videre vurderingene for Stord Flotasjon Ved flotasjon separeres slammet ved at det hefter seg til innblåste luftbobler og stiger til overflaten sammen med disse. Slammet legger seg så som et teppe på overflaten og kan skrapes av. Denne løsningen gir fordeler ved betydelig mindre arealbehov og høyere tørrstoffkonsentrasjon i slammet (ca. 3-4%) slik at fortykking blir unødvendig. Det er i tillegg mindre behov for fettavskilling i forbehandlingen ved denne prosessen. Ulempen, kontra sedimentering, er behov for noe mer teknisk utstyr, samt at det er en mer komplisert prosess som krever økt grad av driftsovervåkning. For å håndtere evt. problemer med sedimentering i flotasjonsbassenget kan det settes inn en bunnskrape kombinert med skrapen på overflaten Side 7 av 15

8 som fører sedimentene til en lomme hvor det kan pumpes ut. Flotasjon er anbefalt løsning etter høybelastet MBBR-reaktorer eller ved mye næringsmiddelsavløp MBR Membraner kan benyttes til avskilling og dette gjøres primært i dag etter aktivslamanlegg. Denne kombinasjonen av aktivslam og membran kalles MBR (membran bioreaktor). Her benyttes oftest ultramembraner slik at prosessen blir en absolutt barriere mot SS. Dette innebærer en betydelig rensing av patogene organismer og andre forurensningskomponenter som det ikke måles på. Ved denne oppbyggingen oppnår man høyere slamalder slik at bioreaktoren kan reduseres til halv størrelse (ift. konvensjonell aktivslam), samtidig som behov for sedimenteringsbasseng blir eliminert. Disse anleggene er derfor svært kompakte og har høy rensegrad. Ulempen er derimot betydelig høyere energikostnader og rensegrad betydelig bedre enn de norske kravene. Det første anlegget av denne typen i Norge er nå i prøvedrift i Hemsedal. Denne prosessen egner seg til anlegg med svært høye rensekrav og eventuelt plassbegrensninger, og er derfor ikke aktuell på Stord Sandfilter Filtrering gjennom sandfilter, gjerne i kombinasjon med et kull-lag, er en annen avskillingsmetode som kan benyttes. Dette kan gi svært god avskilling, men er hovedsakelig benyttet som etterpolering etter annen avskilling da filteret fort går tett og må tilbakespyles. Denne metoden er derfor ikke vurdert for Stord Kompakte metoder I tillegg til de overnevnte teknikkene er det en rekke kompakte løsninger som baserer seg på variasjoner av de overnevnte prinsippene. En generell vurdering er at disse har relativt høye investerings- og driftskostnader og egner seg best i anlegg hvor plassbegrensninger er essensielt. Noen slike prosesser er Actiflo, DensaDeg, Aquadaf, etc. Linker til beskrivelse av disse finnes i kildelisten. 2.8 Alternative rensemetoder Norge er en av de få stedene i verden hvor det opereres med primærrensekravet alene. I den utviklede delen av verden er rensekravene strengere og det bygges sekundær- og tertiærrenseanlegg. Derfor finnes det svært få andre primærrenseanlegg enn de som eksisterer i Norge i dag. På den annen side er det mange høygradige anlegg som benytter seg av primærrensing som forbehandling. På disse anleggene er det total renseeffekt som står i fokus og det finnes lite dokumentasjon på renseresultat fra primærsteget. Samtaler med Norconsult prosesskompetanse i Danmark samt fagmiljøet for prosessanlegg ved NTNU i Trondheim bekrefter avsnittet over. Det er få svingninger rundt alternative rensemetoder for primærrensing ut over det som er kjent og beskrevet tidligere i dette dokumentet. Alternativ tenkning for tilfredsstillelse av primærrensekravet kan være grovfiltrering med syntetisk filtermateriale. Her vil renseeffekten være en kombinasjon av ren partikkelseparasjon og høybelastet biofilm. Denne typen anlegg har så langt kun vært utprøvd i forsøksskala. Videre er det aktuelt å bruke kjemikalier i fellingsanlegg. Silleverandøren Hydrotech og entreprenørfirmaet Krüger Kaldnes har gjennomført forsøk med dette. Slike forsøk er også beskrevet i SFTs Primærrens fra Et siste alternativ kan være å inkludere en meget høybelastet bioreaktor. Denne vil fjerne organisk stoff, men kravet til et velfungerende avskillingstrinn er fortsatt det samme. For vann med stor andel løst organisk stoff kan dette være en hensiktsmessig løsning. Til slutt kan det nevnes muligheten til å tilsette kjemikalier før slamavskillere. Dette er ikke å anse som en alternativ rensemetode, men er ikke, oss bekjent, benyttet noe sted i Norge Side 8 av 15

9 3 UTVIDELSE TIL SEKUNDÆRRENSING Selv om det er sannsynlig at Stord kommune får innvilget unntak fra krav om sekundærrensing, kan Stord kommune på et senere tidspunkt få krav om, eller selv ønske å utvide til sekundærrensing. Det er derfor anbefalt å tilrettelegge for dette fra starten av. Sekundærrensekravet kan oppnås med både kjemiske og biologiske anlegg. Hvorvidt slike anlegg klarer sekundærrensekravet er imidlertid vanskelig å forutsi da blant annet avløpsvannets fremtidige sammensetning spiller inn. Dersom det velges å gå for flere mindre silanlegg eller slamavskillere må et eller flere av disse anleggene senere utvides til sekundærrenseanlegg. Det ideelle antall anlegg og egnede avløpsstrukturer er tidligere grundig vurdert i forstudien Utredning av fremtidig avløpsstruktur fra april Dersom Stord kommune får krav til sekundærrensing har de i følge forurensningsforkriften 7 år på å etterkomme dette. For å sikre en robust og god løsning på Stord ble det derfor i forstudien i 2012 lagt opp til et kjemiskbiologisk anlegg for sikker tilfredstillelse av sekundærrensekravet. Dersom det viser seg at et anlegg må omgjøres til bio-kjemisk for å nå sekundærrensekravet er det flere ulike løsninger for dette. 3.1 Oppgradering av et kjemisk anlegg Som tidligere omtalt kan sekundærrensekravet ofte oppnås med et kjemisk anlegg, men det er små marginer og varierende erfaringer med dette (Knappen RA i Bergen er et eksempel på et slikt anlegg hvor det fungerer). Dersom et kjemisk anlegg skal bygges om til å klare sekundærrensekravet med god margin anbefales det derfor å tilføye et biologisk rensetrinn. En naturlig løsning er å installere en bioreaktor mellom forbehandling og den kjemiske delen, slik at eksisterende avskillingstrinn håndterer både kjemisk og biologisk slam. Andre biofilmprosesser enn MBBR kan benyttes ved en slik utvidelse, men MBBR er et ofte benyttet da dette er en stabil og kompakt løsning som reduserer utvidelsesbehovet. Det er denne løsningen som ligger til grunn for vurderingene forstudien fra En høybelastet MBBR benyttes ofte i slike sammenhenger. Denne er best egnet sammen med flotasjon da høybelastet MBBR kan gi slam med reduserte sedimenteringsegenskaper. Det finnes et utall løsninger for å inkludere en høybelastet MBBR i et kjemisk anlegg uten utvidelse med ekstra biobasseng. Flokkuleringskammeret kan for eksempel benyttes til en høybelastet MBBR mens en redusert omrøring skjer i turbulent strømning inn til avskillingen. Eventuelt kan det tidligere avskillingsvolumet reduseres ved å innføre lameller eller kompakt avskilling, mens det frigitte volumet benyttes til MBBR. Da det her planlegges for utvidelse til sekundærrensing fra starten av er utvidelse med et nytt biobasseng i utvidet bygg ansett som den beste løsningen. 3.2 Oppgradering av et biologisk anlegg Et rent biologisk anlegg kan mest sannsynlig klare sekundærrensekravet. Dersom dette ikke er tilfelle eller det blir krav om fosforfjerning vil det imidlertid bli nødvendig med tilsettelse av kjemikalier. Dette kan gjøres ved forfelling og foravskilling, simultanfelling i selve bioreaktoren, kjemisk felling mellom bioreaktoren og avskillingstrinnet, eller etterfelling med egen avskilling. Både for- og etterfelling med egen avskilling gir unødvendig store arealbehov i denne sammenheng. Simultanfelling i selve bioreaktoren egner seg ikke til MBBR-reaktorer. Tilsettelse av kjemikalie ved innføring av flokkuleringskamre eller rørflokkulering mellom bioreaktoren og avskilleren er da de mest aktuelle metodene. Dette gir lite ekstra arealbehov og er i utgangspunktet en relativt enkel utvidelse Side 9 av 15

10 3.3 Aktuelle sammensetninger av renseprosesser Utfra vurderingene gjort her er de mest aktuelle anleggssammensetningene for primærrensing på Stord vist i figur 1. Dette er et kjemisk anlegg og et MBBR, begge satt sammen med både sedimentering og flotasjon som avskilling. Figur 3 Flytskjema over aktuelle prosess-sammensetninger for primærrensing på Stord Meget mulig vil samtlige av disse anleggene også kunne nå sekundærrensekravet. Men ettersom det er noe usikkerhet knyttet til dette er et bio-kjemisk anlegg lagt til grunn for utvidelse til sekundærrensning i forstudien fra Figur 2 viser derfor prinsippskisser for noen aktuelle utvidelser til bio-kjemiske anlegg. Dersom utgangspunktet er et kjemisk anlegg innføres en MBBR-reaktor. Dersom anlegget opprinnelig er biologisk innføres kjemikalietilsetning og flokkulering. Flokkuleringen er her vist i kamre men dette kan eventuelt gjøres mer kompakt med rørflokkulering Side 10 av 15

11 Figur 4 Prinsippskisser av aktuelle kjemisk-biologiske anlegg for tilfredstillelse av sekundærrensekravet 4 BIOLOGISK ELLER KJEMISK ANLEGG FOR PRIMÆRRENSING MED MULIGHET FOR UTVIDELSE TIL SEKUNDÆRRENSING Hvorvidt det er fordelaktig å bygge et kjemisk eller biologisk anlegg fra starten av avhenger av en rekke faktorer. Kapittel 3 prøver å belyse prosessmessige fordeler og ulemper ved de to anleggstypene. Sett til kostnader belyses forholdet mellom de alternative prosessløsningenes kostnader i forstudien fra Tabellene fra forstudien repeteres under. 4.1 Investeringskostnader Tabell 0-1 Estimerte investeringskostnader for primærrenseanlegg med siler Investeringskostnader primærrensing, silanlegg Stord. Alle tall i MNOK Renseanlegg/Alternativ 1D 2E 3E Valevågen Skjersholmane 37 Grunnavågen Sum investeringskostnader RA Tillegg for usikkerhet 20 % Investeringskostnader RA Tabell 0-2 Estimerte investeringskostnader for primærrenseanlegg med kjemisk rensing Side 11 av 15

12 Investeringskostnader primærrensing, kjemisk renseanlegg Stord. Alle tall i MNOK Renseanlegg/Alternativ 1D 2E 3E Valevågen Skjersholmane 45 Grunnavågen Sum investeringskostnader RA Tillegg for usikkerhet 20 % Investeringskostnader RA Tabell 0-3 Estimerte investeringskostnader for sekundærrenseanlegg Investeringskostnader sekundærrensing Stord. Alle tall i MNOK Renseanlegg/Alternativ 1D 2E 3E Valevågen Skjersholmane 53 Grunnavågen Sum investeringskostnader RA Tillegg for usikkerhet 20 % Investeringskostnader RA Når det gjelder forskjell i investeringskostnader mellom ulike prosessløsninger vil dette avhenge av kostnader til selve prosessen og til tilhørende arbeider. Et anlegg med sedimentering som avskilling vil, avhengig av størrelse totalt være dyrere enn et anlegg med sedimentering grunnets økte kostnader til et større overbygg. Dette avhenger imidlertid av overbyggets kompleksitet og andre faktorer. Andre kompakte avskillingsprosesser vil kunne være ytterligere mindre, men igjen kanskje dyrere, og dermed oppveie besparelsen i den reduserte bygningsmassen. Som det fremgår av tabellene over er imidlertid et biologisk renseanlegg dyrere å bygge enn et rent kjemisk anlegg. Om det skal være hensiktsmessig å bygge et biologisk renseanlegg umiddelbart, vil dette måtte tjene inn den høyere driftskostnaden. 4.2 Driftskostnader For å tjene inn en evt. høyere investeringskostnad, må driftskostnadene være lavere. I forbindelse med arbeidene er det blitt stilt spørsmål om forskjeller i slamproduksjon kan være utslagsgivende for vurderingen av å evt. bygge et biologisk renseanlegg umiddelbart. For å synliggjøre forskjellene i slamproduksjon, og følgene av dette har vi beregnet slamproduksjoner som fremgår av tabellen under. Type prosess Slammengde Transport og sluttdisponering tonn/år mill kr/år Slamproduksjon kjemisk JKL (uten polymer) Slamproduksjon kjemisk (med polymer) Slamproduksjon biologisk , , , Side 12 av 15

13 Det er verdt å merke seg at kjemisk slamproduksjon ved et primærrenseanlegg ikke er spesielt høy. Bakgrunnen for dette er beskrevet i kapittel 2.5. Biologiske anlegg er her estimert med høyere driftskostnader da de krever mer energi til lufting samt oppvarming av større bygg. Ettersom det kjemiske anlegget er antatt driftet med halv kjemikaliedose i en primærrensesituasjon vil det biologiske anlegget også produsere mer slam som må behandles og transporteres. Flotasjon er dyrere i drift enn sedimentering da det er behov for luftinnblåsing. Dette oppveies i noe grad av et mindre bygg som skal varmes opp, samt eliminert behov for fortykking. Totalt sett er et kjemisk anlegg med sedimentering ansett som det rimeligste i drift. 4.3 Oppsummert Da anlegg med flotasjon kommer best ut av den økonomiske vurderingen vil fordeler og ulemper knyttet til kjemisk anlegg med flotasjon kontra MBBR anlegg med flotasjon oppsummeres til slutt. Parameter Kjemisk med flotasjon Biologisk Arealbehov Tilpasning til lave oppstarts krav (primærrensing) og økende belastning etterhvert Mulighet for fosforrensing. Investeringskostnader Driftskostnader Miljømessig Utvidelse til bio-kjemsik anlegg Krever omtrentlig m 2 mindre gulvflate enn MBBR med flotasjon Anlegget kan tilpasses ved tilpasset kjemikalietilsetning. På denne måten kan ulempene knyttet til kjemikalieforbruk og økt slamproduksjon reduseres de første årene Minst 90% fosforreduksjon vil nås ved et kjemisk anlegg Investeringskostnadene er grovt estimert til 13 % lavere enn for MBBR med flotasjon Driftskostnadene er grovt vurdert til ca. 12 % lavere enn for MBBR anlegg med flotasjon Bioreaktoren kan drives med høy belastning, f.eks. en av to linjer for å redusere slamproduksjonen i starten Dersom det kommer fosforkrav må anlegget bygges om til et biokjemisk anlegg Ved biologisk rensing unngås kjemikalieforbruk. Ved sekundærrensing vil biologisk rensing også føre til redusert slamproduksjon som må håndteres/fraktes Mindre inngrep for utvidelse da anlegget er større i utgangspunktet. Da det er en reell mulighet for at en slik utvidelse ikke blir nødvendig kan fordelen av dette imidlertid diskuteres Et kjemisk anlegg med flotasjon eller sedimentering synes mer økonomisk ved utbygging til primærrensekrav. Da det er uvisst når og om det kommer et sekundærrensekrav, samt muligheter for at et rent kjemisk anlegg klarer sekundærrensekravet, taler dette også til fordel for et kjemisk anlegg for Side 13 av 15

14 tilfredstillelse av primærrensekravet. Muligheten for å tilpasse kjemikalieforbruket til det aktuelle kravet er også en fordel ved denne løsningen. Den viktigste fordelen biologisk anlegg kontra kjemisk er at disse renser bedre på BOF slik at behovet for utvidelse til et bio-kjemisk anlegg for å nå sekundærrensekravet trolig ikke blir nødvendig. Denne typen anlegg renser imidlertid dårligere mhp. SS og fosfor enn kjemiske anlegg (jmf. tabell 1). Å bygge et bio-kjemisk anlegg fra starten er unødvendig da det ikke er gitt at det blir behov for en utvidelse til et slikt anlegg ved krav om sekundærrensing. Hvorvidt anlegget skal bygges som dag- eller fjellanlegg vil påvirke kostnadsbildet og valg av renseprosess. Videre må en sikre at en har konkurranse i anskaffelsen, noe som i dagens marked tilsier at en bør ha åpning for ulike prosessløsninger. Samtidig skal det sikres at det bygges robuste og fremtidsrettede renseløsninger som har trygghet for at rensekravene blir tilfredsstilt. For å sikre dette kan det bli aktuelt å stille noe strengere rensekrav enn primærrensing i konkurransegrunnlaget. Sandvika, Truls Inderberg Ingrid Frogner Skår Side 14 av 15

15 BIBLIOGRAFI Norsk Vann, Ødegaard. H m.fl. (2012). Vann- og avløpsteknikk Kap. 17, Rensing av avløpsvann(s ) Veolia Water (Krüger Kaldnes), (2013, 02 01). Actiflo: Wy12cE4PL46B.pdf Suez Environment, (2013, 02 01). AquaDAF: Suez Environment, (2013, 02 01). DenseDeg: SFT, Ødegaard, H. (2005). PRIMÆRRENSING August Norge AS. (2014). Renseanlegg. Hentet February 26, 2014 fra August Norge AS LØSNINGER FOR MENNESKER OG MILJØ: Kemira Kemwater. (2003). about Water treatment. Kemira Kemwater. Nacheva, P. M., Bustillos, L. T., Camperos, E. R., Armenta, S. L., & Vigueros, L. C. (1996). CHARACTERIZATION AND COAGULATION-FLOCCULATION TREATABILITY OF MEXICO CITY WASTEWATER APPLYING FERRIC CHLORIDE AND POLYMERS. Water Science and Technology Vol. 34, No. 3-4, Side 15 av 15