Effects of recirculating water treatment sludge

Abstract

Drinking water is crucial in our everyday life. As with many other processes, it is important to produce water of drinking quality in a sustainable manner. This can occur by e.g., decreasing the amount of chemicals in the process. When producing drinking water, coagulation and flocculation are common processes. Briefly, coagulation is the process when negatively charged organic matter is destabilised by coagulants and during flocculation, the destabilised organic matter aggregates into flocs. These flocs settle and can be removed from the treated water. Settled flocs are called sludge and contains organic matter and residuals from coagulants, which are typically iron or aluminium salts.

This thesis was carried out in collaboration with Sydvatten AB, a drinking water producer for western Skåne and the experiments were performed at Ringsjöverket, one of the drinking water plants which Sydvatten owns. The main objective was to investigate the effects of recirculating sludge in the treatment process and if it was possible to decrease the amount of coagulant when recirculating sludge. The laboratory work was conducted by using jar tests which are common for evaluation of coagulation and flocculation. The absorbance of the treated water was measured, and the lower measured absorbance the more organic matter had been removed. The used wavelength were 254 nm and 436 nm. Similar to the large-scale process, water from lake Bolmen in Småland was used. However, instead of using ferric chloride, a polyaluminium chloride coagulant (PAX-XL60) was used.

When recirculating sludge, absorbance decreased for low coagulant dosages (3–5 mg Al/l), and for higher dosages (6–8 mg Al/l), the absorbance remained unchanged. It was therefore concluded that recirculating sludge had the greatest effect on the lower coagulant dosages. Additionally, the absorbance decreased significantly for coagulant dosage 4 mg Al/l with sludge compared to the same dosage without sludge. Furthermore, recirculating sludge with 4 mg Al/l gave absorbance results comparable to 5 mg Al/l without sludge. It was concluded that when recirculating sludge, coagulant dosage decreased with 20 % and the degree of recirculation was 23 %.

The amount of produced sludge can decrease as a result from using less coagulant which is beneficial from a sustainable perspective. Furthermore, operational costs will decrease when using less coagulant. Before the recirculation takes place in the large-scale process, further experiments are recommended. One of these is investigating how the microbial barrier in the coagulation and flocculation processes is affected when recirculating sludge. It is also recommended to examine how the temperature varies throughout an entire year and its effect on the flocculation process.

Popular Abstract (Swedish)

Kan slam från vattenrening återanvändas hos vattenverken för en mer hållbar dricksvattenproduktion?

I takt med att befolkningen ökar, ökar även behovet av dricksvatten. Hur ska man möta det här behovet på ett hållbart sätt? Jo, genom att återanvända slam – en restprodukt från dricksvattenproduktionen.

I Sverige används både ytvatten från sjöar och grundvatten för att tillgodose befolkningens be-hov av dricksvatten. Då ytvatten generellt sätt är av lägre kvalitet än grundvatten behövs det fler reningssteg innan det är godkänt för konsumtion. Ett vanligt tecken på att ytvatten är av lägre kvalitet är att vattnet har en gul-brun färg. Det beror på att vattnet innehåller organiskt material och det är något som vattenverken behöver ta bort i reningen.

Kemisk fällning är ett vanligt reningssteg hos många vattenverk. Kemisk fällning innebär att kemikalier, till exempel olika metallsalter, tillsätts i stora reningsbassänger och klumpar ihop det organiska materialet. Dessa klumpar kan sedan sjunka till botten och kan på så vis avlägsnas från vattnet. Detta kallas slam och är en restprodukt som måste tas hand om. Deponi i naturen nära vattenverket är en vanlig hantering av slam. Slammet innehåller inte några miljöfarliga ämnen men tar upp plats i naturen och för att främja en mer hållbar produktion av dricksvatten är det av intresse att hitta ett nyttigt ändamål för slammet. För att reningen ska bli ännu mer hållbar är det också intressant att undersöka om det går att minska mängden metallsalter eftersom metallerna oftast utvinns av malm som är en ändlig resurs.

Den här studien har gjorts i samarbete med Sydvatten AB för att undersöka om det går att recirkulera slammet i processen i hopp om att kunna minska kemikaliedosen som behövs för reningen. Försöken har gjorts på Ringsjöverket, som är ett av vattenverken som Sydvatten äger. Försöken har gjorts så att de ska efterlikna den storskaliga processen genom att återskapa den kemiska fällningen i olika bägare. Olika mängden kemikalier och volymer av slam har analyserats för att se om slammet har någon önskvärd effekt på fällningen. Resultaten från denna studie har visat att en del av slammet kan användas i reningsprocessen och mängden kemikalier kan sjunka med 20 %.

Flera fördelar kan uppmärksammas genom att recirkulera en del av det slam som produceras i verken i reningsprocessen. Genom att recirkulera slam kan både mängden kemikalier och producerat slam minskas. Detta gynnar processen ur ett miljömässigt och ekonomiskt perspektiv eftersom mindre slam kommer att behövas hanteras och en mindre mängd kemikalier behövs.

Innan slamåteranvändning kan införas i fullskala på vattenverken behöver en del försök göras för att säkerställa att resten av produktionen inte störs av slammet och att den önskvärda kvaliteten hos vattnet fortfarande uppnås i de senare reningsstegen. I slutändan är det viktigaste ändamålet att producera dricksvatten av god kvalitet och inte att spara pengar. Resultaten från studien har dock indikerat att slammet kan ses som en resurs för vattenverken och kan bidra till en mer hållbar reningsprocess.

• author: Mile, Sofia
• supervisor: Michael Cimbritz
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVAM05 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Chemical Engineering, Water and Environmental Engineering, Water Treatment, Coagulation & Flocculation, Sludge Recirculation
• report number: 2023-04
• language: English
• id: 9126005
• date added to LUP: 2023-06-22 10:42:56
• date last changed: 2023-06-22 10:42:56