Enhancing phosphorus removal by disc filtration – A case study from Viikinmäki wastewater treatment plant

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-12-02
Department
Major/Subject
Biotekniikka ja elintarviketekniikka
Mcode
KE3002
Degree programme
KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
110+20
Series
Abstract
Phosphorus is an essential nutrient for all living organisms. However, high concentrations in a water body accelerates eutrophication. Discharge limits for phosphorus are getting tighter for wastewater treatment plants, thus new tertiary treatments for removal have to be considered. In addition, hygienization of wastewater may become mandatory. At Viikinmäki wastewater treatment plant, the phosphorus discharge limit can tighten from 0.3 mg/l to 0.1–0.2 mg/l. New limit is not possible to achieve with the current process. The aim of this study was to investigate the feasibility of a discfilter in the removal of phosphorus and suspended solids at the Viikinmäki wastewater treatment plant. The goal was to achieve total phosphorus concentrations below 0.1 mg/l in the effluent. In addition, the ability to treat bypass waters and hygienization was studied. Before pilot scale studies, suitable chemical combinations were determined by jar tests. Pilot runs proved that mechanical removal is insufficient thus chemical addition is mandatory. Two aluminium based and one iron based coagulant were tested with cationic polymer. Aluminum based coagulants performed better and the optimum dose was 0.5–1.0 mg/l with polymer concentration 1.0 mg/l. However, the quality of the pilot influent affected greatly to the chemical doses. Nevertheless, with the discfilter it was possible to achieve consistently effluent with under 0.1 mg/l total phosphorus concentration. Furthermore, discfilter was able to reduce the bacteria amount and removal was enhanced by chemical addition and smaller pore size. However, the discfilter is more suitable in removing suspended solids before more efficient hygienization process such as UV-hygienization or ultra- or nanofiltration. Bypass water tests proved that phosphorus concentrations can be decreased from 1.6 mg/l to 0.51 mg/l. Based on pilot runs, it can be concluded that the discfilter can be an alternative tertiary treatment step for phosphorus and suspended solid removal at Viikinmäki WWTP.

Fosfori on välttämätön ravinne kaikelle kasvulle, mutta suurina pitoisuuksina vesistöissä se aiheuttaa rehevöitymistä. Jäteveden puhdistamoiden fosforin päästöluparajat tiukkenevat tulevaisuudessa ja erilaisia tertiäärikäsittelyjä täytyy harkita, jotta uudet raja-arvot voidaan saavuttaa. Lisäksi jäteveden hygienisointi voi tulla pakolliseksi. Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla kokonaisfosforin päästöraja on vuosineljänneskeskiarvona 0,3 mg/l, mutta päästöraja voi tiukentua 0,1–0,2 mg/l. Nykyisellä prosessilla ei pystytä saavuttamaan uusia rajoja, koska biologinen typenpoisto vaatii toimiakseen riittävän fosforipitoisuuden. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia kiekkosuodattimen soveltuvuutta Viikinmäen jäteveden puhdistamolla sekä fosforin että kiintoaineen poistoon. Tavoitteena oli saavuttaa alle 0,1 mg/l kokonaisfosforikonsentraatio lähtevässä jätevedessä. Ennen pilottikoon koeajoja, sopivat kemikaaliyhdistelmät määritettiin saostuskokeiden avulla. Tavallisen jäteveden lisäksi kiekkosuodattimella testattiin ohitusveden käsittelyä. Koeajot osoittivat, että kiekkosuodattimen mekaaninen poistokyky oli heikko sekä 10 µm että 20 µm huokoskoilla, joten puhdistusta tehostettiin kemikaaleilla. Saostuskokeiden perusteella testattiin kahta alumiinipohjaista ja yhtä rautapohjaista koagulanttia kationisen polymeerin kanssa. Alumiinipohjaiset koagulantit toimivat paremmin kuin rautapohjainen ja 0,1 mg/l pitoisuuteen päästiin 0,5–1,0 mg Al3+/l ja 1,0 mg polymeeri/l annoksilla. Kokeissa huomattiin, että käsiteltävän jäteveden laatu vaikuttaa merkittävästi puhdistustulokseen; korkeat ja matalat kiintoainepitoisuudet vaikeuttavat puhdistusta. Tästä huolimatta kiekkosuodattimella kyettiin tuottamaan tasalaatuista alle 0,1 mg fosfori/l jätevettä. Fosforin ja kiintoaineen poiston lisäksi tutkittiin laitteiston kykyä hygienisointiin. Bakteerimäärät pienenivät ja puhdistusta voitiin tehostaa kemikaalilisäyksellä sekä pienemmällä huokoskoolla. Hyvin alhaisia bakteerimääriä ei voitu saavuttaa, mutta kiekkosuodatin soveltuu hyvin kiintoaineen ja sameuden poistoon esimerkiksi ennen UV- hygienisointia tai ultrasuodatusta. Ohitusvesitestissä suorasaostettua esiselkeytetty jätevettä käsiteltiin kiekkosuodattimella. Kokonaisfosforipitoisuus pystyttiin laskemaan 1,6 mg/l:sta 0,5 mg/l:aan kun kemikaaliannostus ennen kiekkosuodatusta oli 3,5 mg Al3+/l ja polymeeriannos 2,0 mg/l. Kokeiden perusteella kiekkosuodatin soveltuu tertiäärikäsittelyvaiheeksi Viikinmäen jäteveden puhdistamolle fosforin ja kiintoaineen poistoon. Uudenmaan ELY-keskus on mukana Itämeren suojelussa ja tuki kiekkosuodatin projektin rahoitusta.
Description
Supervisor
Laakso, Simo
Thesis advisor
Heinonen, Mari
Keywords
phosphorus, precipitation, disc filtration, tertiary treatment
Other note
Citation