Esisaostuksen mahdollisuudet aktiivilieteprosessin kuormitusvaihteluiden hallinnassa

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin Porvoon Hermanninsaaren jätevedenpuhdistamolla esisaostusta. Lumiensulamisvettä ja sadevettä päätyy puhdistamolle, jolloin puhdistamon biologisen puhdistusprosessin kapasiteetti ylittyy. Jätevettä joudutaan johtamaan tämän puhdistusvaiheen ohi esiselkeytyksestä suoraan vesistöön. Ohitusvedet nostavat lähtevän jäteveden ravinne- ja kiintoainepitoisuuksia. Vuonna 2015 voimaantuleva lupaehto täyttynee nykyisillä puhdistusmenetelmillä, paitsi huippuvirtaamavuorokausina. Esisaostus parantaa esiselkeytetyn jäteveden puhdistustuloksia. Diplomityössä tutkittiin esisaostuksen riittävyyttä täyttämään oletettavasti tulevaisuudessa kiristyvän fosforilupaehdon pitoisuuden 0,3 mg/l.

Laboratoriosaostuskokeilla vertailtiin neljää eri kemikaalia, jotka olivat PAX-XL100, PAX-XL60, PIX-105 ja ALF-30. PAX:t ovat polyalumiinikloridiliuoksia, PIX on ferrisulfaattiliuos ja ALF on alumiini- ja ferrisulfaatin seos. Näistä kemikaaleista PAX-XL100 saosti fosforia tehokkaimmin. PAX-XL100 saavutti annostuksella 100 g/m3 fosforipitoisuuden 0,3 mg/l. Laitosmittakaavan kokeissa PAX-XL100 saavutti samalla annostuksella fosforipitoisuuden 1,3 mg/l. Esisaostuksen tehoa huippuvirtaamavuorokausina ei pystytty tutkimaan, koska keväällä 2014 ei ollut huippuvirtaamavuorokausia. Laskennallisesti kevään 2012 huippuvirtaamakaudella esisaostus olisi riittänyt täyttämään fosforin lupaehtopitoisuuden 0,3 mg/l.

Activated Sludge Model 4.0 -ohjelmalla tutkittiin huippuvirtaamavuorokautena ravinnekuorman vaikutusta aktiivilieteprosessiin kahdella käytössä olevalla eri ajotavalla. Ajotapoina käytettiin ”biologista ravinteiden poistoa” ja ”tehostettua kemiallista käsittelyä” eli ”tulva”-ajotapaa. Ajotavat eroavat toisistaan ilmastusaltaalle johdettavan tulevan ja esiselkeytetyn jäteveden määrissä. Tuleva jätevesi sisältää enemmän ravinteita kuin esiselkeytetty jätevesi. ”Biologisella ravinteiden poisto” -ajotavalla ilmastusaltaalle johdetaan yhtä paljon tulevaa kuin esiselkeytettyä jätevettä ja ”tulva”-ajotavalla pelkästään tulevaa jätevettä.

Näiden ajotapojen typenpoistontulokset eivät eronneet merkittävästi. Tästä pääteltiin, että ilmastusaltaan kapasiteetti riittää kompensoimaan laimeamman ravinnekuorman. Biologiseen prosessiin ei kuitenkaan voida johtaa yli 1000 m3/h:n virtaamaa ilman, että jälkiselkeytysaltaasta karkaa ravinteita ja kiintoainetta. Simuloinnin avulla pääteltiin, että aktiivilieteprosessin rajoittava tekijä on jälkiselkeytysaltaan pinta-ala kasvaneen pintakuorman ja lyhyemmän viipymän takia, eikä ilmastusaltaalle syötettävä ravinnepitoisuus.

This is a study of pre-precipitation at Hermanninsaari wastewater treatment plant. Water from melting snow and rain end up at the Hermanninsaari treatment plant, exceeding the volume of its biological treatment process. That is why wastewater must by-pass this stage of the treatment process and it is lead straight to the sea via presedimentation. These by-pass wastewaters raise the levels of the concentration of nutrients and suspended solids in the effluent. The conditions of the new environmental permit, valid from 2015 onwards, would be met by using the current treatment methods except during peak flow days. Pre-precipitation improves the treatment results of presedimented wastewater. This Master’s thesis studied whether pre-precipitation was adequate to meet the conditions concerning phosphorus in the environmental permit likely to be 0,3 mg/l.

Four chemicals PAX-XL100, PAX-XL60, PIX-105 and ALF-30 were tested in the laboratory for phosphorus precipitation. The PAXes are polyaluminiumchloride solutions. The PIX is ferrisulphate solution. The ALF is a mix of aluminiumsulphate and ferrisulphate. PAX-XL100 was the most efficient one. Using a dose of 100 g/m3 PAX-XL100, level of 0,3 mg/l was achieved. On an industrial scale at Hermanninsaari plant PAX-XL100 achieved the scale of 1,3 mg/l with the same dosage. The efficiency of the pre-precipitation during peak flow days could not be tested because there were no such days in spring 2014. Peak flow data from 2012 was used to calculate that pre-precipitation during peak flow days would have met the phosphorous conditions of the 0,3 mg/l in the environmental permit.

The impact of the nutrient load on the activated sludge process was studied using the Activated Sludge Simulation 4.0 program into two different versions. They were “Biological Removal of Nutrients” and “Intensified Chemical Treatment”, also known as “Flood”. These versions differ from each other in the amounts of the influent wastewater and presedimented wastewater lead to the aeration tank. The former leads equal amounts of influent and presedimented wastewater and the latter only influent wastewater.

There were no significant differences between the two versions in the removal of nitrogen. Hence, the capacity of the aeration tank is enough to compensate for low concentration of nutrients. However it is not possible to lead the flow of more than 1000 m3/h without nutrients and suspended solids escaping secondary sedimentation. Using the simulation it was deduced that limiting factor of the activated sludge process was the area of the secondary sedimentation owing to the increased surface load and the shortened residencetime.