Effektivisering av kvävereningen på Svedala avloppsreningsverk

Abstract (Swedish)

Kvävereningen på Svedala avloppsreningsverk har under perioder varit ansträngd och Svedala kommun frågade sig därför vad som kunde göras för att förbättra kvävereningen så att kvävereningskravet på 10 mg/l kväve klaras till 2030 då ytterligare 3000 personer förväntas vara anslutna. En utredning startades därför för att identifiera vad som begränsar kvävereningen samt lösningar för att förbättra kvävereningen så att kravet kan klaras av även 2030. Utredningen gjordes genom litteraturstudier, beräkning av kvävereningspotential, prognos av framtida flöden och belastningar, beräkning av sedimenteringskapacitet och genom ett denitrifikationsförsök samt ett hydrolysförsök.

Utredningen visade på att kvävereningen idag var i princip fullgod, men att det 2030 kommer att vara otillräcklig biovolym vintertid. För att möjliggöra ett bättre utnyttjande av den tillgängliga biovolymen föreslogs därför att öka nitratrecirkulationen sommartid och att avskilja kemslammet från biosteget. Vidare föreslogs också att införa förbiledning för den del av det inkommande flöde som är större än 400 m3/h kombinerat med höjd slamhalt till 5 g/l vintertid. Dessa förslag bedömdes göra det möjligt att klara kvävereningen till åtminstone 2026 och med stor sannolikhet ända fram till år 2030.

Under arbetets gång framkom också ett önskemål om att utreda möjligheten att klara av ett framtida 0,1 mg/l krav på fosforutsläpp. Detta mynnade ut i ett förslag om att införa skivfilter för att avskilja kemslammet då detta skulle frigöra stora volymer eftersom slutsedimenteringsvolymerna inte skulle behöva användas. Kontakt togs därför med företaget Hydrotech som tillverkar skivfilter för att se om kravet på 0,1 mg/l i utsläpp skulle kunna klaras även i fullskala, då det tidigare bara gjorts i pilotförsök. Hydrotech svarade genom att ta fram en skivfilterlösning bestående av två skivfilter som under vissa förutsättningar, gällande till filtren inkommande SS- och fosforkoncentrationer, skulle kunna klara av kravet. Genom att använda informationen från kväveutredningen och göra en litteraturstudie om fosforavskiljning gick det sedan att bevisa att Hydrotechs förutsättningar kunde uppfyllas.

Den exakta utformningen av skivfiltersystemet kunde dock inte bestämmas då ytterligare utredningar om skivfiltrens placering och de hydrauliska förutsättningarna behövs. Dock kunde konstateras att förbiledning för den överskjutande delen av flöden större än 400 m3/h förbi biosteget och sedimenteringen skulle vara nödvändigt. Vidare kunde också konstateras att en slutsedimenteringsvolym behöver göras om till mellansedimentering för att stärka upp sedimenteringskapaciteten så att slamflykt in till filtren inte uppstår. Beroende på placering av filtren så finns potential att skapa cirka 1200 m3 biovolym med denna lösning vilket skulle säkra verkets behov av biovolym för en överskådlig framtid.

Abstract

The nitrogen effluent at Svedala wastewater treatment plant has under periods been high, and the municipality of Svedala therefore wanted to know what could be done to improve the nitrogen removal, so that the nitrogen effluent limit of 10 mg/l could be managed until 2030, when another 3000 persons are expected to be connected to the wastewater treatment plant. An investigation was therefore started in order to find limitations for the nitrogen removal, as well as solutions that would improve the nitrogen removal enough to manage the nitrogen effluent limit until 2030. The investigation was conducted by literature studies, calculations of nitrogen removal potentials, predictions of future flows and loads to the plant, calculation of the sedimentation capacities as well as through a denitrification test and a hydrolysis test.

The investigation indicated that the present nitrogen removal was about as good as it could be, but that there will insufficient bio volume in 2030 during winter. In order to improve the efficiency of the present volume it was suggested that the nitrate recirculation should be increased during summer and that the chemical sludge should no longer be recirculated to the bio volume. It was also suggested that the portion of incoming flows exceeding 400 m3/h should be bypassed in combination with an increased SS-concentration in the bio volume to 5 g/l during winter. These suggestions were deemed to be sufficient to manage the effluent limit until 2026 and with great certainty until 2030 as well.

During the investigation the municipality of Svedala also wanted to investigate the possibility to manage a future 0,1 mg/l limit on effluent phosphorus. This led to an idea about installing disc filters for removal of the chemical sludge since it would free a lot of volume that might be used as bio volume due to there not being any need for the final clarifiers anymore. The disc filter manufacturer Hydrotech was therefore contacted in order to see if it would be possible to manage the limit on phosphorus this way, since it had only been proven possible in pilot studies before. Hydrotech responded by suggesting a filter solution consisting of two disc filters that under certain prerequisites, concerning incoming SS-concentration and incoming phosphorus concentrations to the filters, would be able to handle the phosphorus limit. By using the information from the investigation concerning the nitrogen removal and doing another literature study concerning phosphorus it was possible to show that Hydrotech’s prerequisites could be met.

The exact design of the system with disc filters could however not be decided as additional studies about the hydraulic properties have to done. It could however be concluded that in order to be able to meet Hydrotechs prerequisites it would be necessary to bypass the portion of flows exceeding 400 m3/h past the bio volumes. Furthermore it was concluded that one of the final clarifiers has to be converted into an intermediate clarifier in order to minimize the risk of sludge clogging the filters. Depending on the placement of the filters up to 1200 m3 bio volume could be created with this solution, thereby securing the need for bio volume for a foreseeable future.

Popular Abstract (Swedish)

Genom att installera ny teknik i form av skivfilter på Svedala avloppsreningsverk kan utsläppen av det övergödande ämnet fosfor kraftigt minskas. Enkla åtgärder för att minska utsläppen av kväve, som också bidrar till övergödning, är även möjliga.

Sege å, som det renade avloppsvattnet från Svedala avloppsreningsverk rinner ut i, är idag drabbad av övergödning och stränga krav är därför ställda på hur mycket fosfor och kväve som får släppas ut med det renade vattnet. På grund av en ökande befolkning och på sikt skärpta utsläppskrav på fosfor kommer dagens rening inom en snar framtid inte längre att räcka till. Redan idag finns det krav på Svedala avloppsreningsverk som innebär att mer än 80 % av kvävet och mer än 95 % av fosforn måste renas bort.

På Svedala avloppsreningsverk renas det mesta av kvävet bort med hjälp av biologiska processer i stora bassänger på avloppsreningsverket. Dessa bassänger är antingen luftade eller syrefria och beroende på vilket trivs olika typer av bakterier där som på olika sätt bryter ner kväveföreningarna i vattnet. Genom att låta vattnet som ska renas gå igenom både luftade och syrefria bassänger bryts till sist kväveföreningarna ner till kvävgas och lämnar på så vis vattnet. Mängden kväve som kan tas bort på detta sätt begränsas i praktiken av de tillgängliga bassängvolymerna. Detta innebär att fler bassänger kan behöva byggas i framtiden, något som är förskräckligt dyrt och därför bör undvikas. En utredning inleddes därför för att undersöka möjligheten att effektivisera kvävereningen. Det visade sig vara möjligt att med relativt enkla medel öka kapaciteten i volymerna så mycket att kvävereningen på detta vis skulle kunna klaras av i ytterligare ca 10 år.

Till skillnad från kvävereningen sker fosforreningen på Svedala kemiskt, vilket i praktiken innebär att kemikalier innehållande järn eller aluminium tillsätts till vattnet, vilka bildar flockar som binder upp fosforn i vattnet. Flockarna som har bundit upp fosforn får sedan sjunka till botten i extra stora bassänger där de kan skrapas upp från bottnen och på så vis skiljas från vattnet. Jämfört med kvävereningen finns inga direkta krav på volymer, utan mängden fosfor som tas bort beror i princip enbart på hur mycket kemikalier som tillsätts till vattnet. En nackdel är dock att alla flockar inte avskiljs i bassängerna, vilket gör att en del fosfor ändå följer med ut i det renade vattnet och gör det svårt att ta bort tillräckligt med fosfor så att ett skärpt krav kan klaras av på detta vis. Men det finns dock andra effektivare metoder för att ta bort flockarna på, där så kallade skivfilter är en möjlighet. Skivfilter består av antal skivor med finmaskiga öppningar där vattnet leds igenom, men där partiklar såsom flockar fastnar och tas bort från vattnet.

Ett förslag på en skivfilterlösning togs därför fram för Svedalas avloppsreningsverk som skulle ersätta de nuvarande bassängerna och därmed möjliggöra att det skärpta utsläppskravet på fosfor kan uppnås. Då skivfilter dessutom tar betydligt mindre plats än bassängerna kan dessutom stora volymer frigöras eftersom bassängerna för att avskilja flockarna inte längre behövs. Dessa kan då istället användas till kvävereningen och möjliggör därmed en stor ökning av denna volym, vilket skulle trygga kvävereningen i många år framöver.

• author: Larsson, Hjalmar
• supervisor: Michael Cimbritz
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVA820 20151
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Hydrolys, kväverening, skivfilter, fosforrening
• report number: 2015-17
• language: Swedish
• id: 7510580
• date added to LUP: 2015-08-14 14:05:33
• date last changed: 2015-08-14 14:05:33