4.2 Kolonnfilter (GAK och jonbytare)
4.2.10 Drifterfarenheter
Det största problemet vid genomförande av kolonnförsök var igensättning av kolonner. Vid igensättning ökade trycket på inloppssidan och kolonner behövde backspolas för att kunna bibehålla flödet. Orsaken för igensättning är både ansamling av inkommande suspenderade ämnen, påväxt av bioslam på materialet, utfällningar och kompaktering.
Det vatten som behandlades var redan i stort sett partikelfritt med halter suspenderat material
<10 mg/l och det filtrerade ytterligare genom två patronfilter i serie med porstorlek på 50 µm och sedan 5 µm. Ursprungliga planen var att byta filter när tryckfallet över ett patronfilter är större än 0,5 bar. Det visade sig dock att även vid ett lägre tryckfall släpper filtret igenom suspenderade partiklar. Senare i projektet byttes filtren efter en viss drifttid som bestämdes utifrån hur mycket slam som samlats på filtret. Det första grövre filtret avskilde mer slam än det finare. Vid försök på avfallsanläggning A och avfallsanläggning C var det periodvis mycket alger i vatten. Alger gick igenom patronfilter men satte igen kolfilter och jonbytare.
Igensättning av filterkolonner var störst för jonbytarkolonnen, speciellt när kontakttiden
minskades till 5 min. Filtret behövde backspolas 1 gång per vecka för att bibehålla rimligt tryckfall.
Kolfiltret behövde backspolas mer sällan – 1 gång per 3-4 veckor. Kolonnerna var genomskinliga vilket underlättade backspolningen eftersom man kunde se filtermaterialet och stoppa
backspolningen när materialet lyftes nära övre kant av kolonnen. Backspolningen krävde att kolonnerna bearbetades mekaniskt genom bankning och skakning för att kolet skulle lösas upp.
Inpumpning och backspolning genomfördes omväxlande. En svårighet var att det vid backspolningen ofta bildades stora luftfickor som hindrade materialet från att röra sig nedåt i kolonnerna. Med tiden blev det allt svårare att backspola eftersom materialet klumpade ihop sig.
Överst i kolonnen bildades skikt som var svåra att lösa upp.
För jonbytaren krävdes ofta backspolning bara för att expandera bädden. Med den höga belastningen kompakterades materialet och det bioslam på jonbytare som växte så mycket att trycket ökade. Vid bakspolning var det nästan inget slam som backspolades men eftersom materialet blev mindre kompakt var tryckfallet över filtret minimal efter backspolning. Svårighet med bakspolning av jonbytare är att dess densitet är relativt låg och ligger väldigt nära densiteten av kallt salthaltigt lakvatten. Även ett lågt flöde lyfter materialet och det sedimenterar relativt långsamt. Det är därför inte möjligt att få höga skjuvkrafter vid backspolning och avlägsna den biofilm som växer på ytan. Bioslam och andra partiklar har liknande densitet och
sedimenteringshastighet som jonbytare vilket gör att spola bort det från filtret är väldigt svårt.
Eftersom backspolningen var manuell och behövde genomföras ganska ofta spolades, vid ett flertal tillfällen, en del av jonbytarmassan bort. På avfallsanläggning A förlorades ca 30% av
jonbytarmassa vid backspolning ca 1 månad innan försöken avslutades. På avfallsanläggning D förlorades all jonbytarmassa via backspolning ca 2 månader efter start av försöken. Jonbytaren kunde dock samlas från en utloppstank och ca 90% av ursprungliga volymen fylldes tillbaka. Cirka 2 veckor senare spolades ytterligare ca 25% av jonbytarmassan ut som hamnade på golvet och kunde inte fyllas tillbaka i kolonnen.
Purolite anger i produktbladet för materialet (Purolite, 2020) att backspolning inte rekommenderas och inte behövs. Detta på grund av att man vill ha gradienten i kolonnen, undvika blandning av massa och undvika spolning av massan. För att undvika behov av backspolning rekommenderas att vattnet förfiltreras och UV-behandlas för att avdöda alla bakterier. Dessa strategier kan användas för rening av PFAS-förorenat grundvatten men är svårt att applicera för lakvatten och kan delvis även ge en motsatt effekt av att bryta ner organiska föreningar till mer bionedbrytbara.
Ett tätare filter än sandfilter skulle öka investerings- och driftkostnaden mycket. Erfarenheter från projektet visar även att ytterligare filtrering med patronfilter inte hjälpte helt att reducera partiklar i vatten. Att man kunde behandla ca 12 000 BV vatten med jonbytare utan backspolning på avfallsanläggning G visar dock på att för vissa vatten med viss förbehandling kan backspolning minimeras. Även om vattnet UV-behandlas är det osannolikt att man kan hålla kolonnen helt steril under den tiden som jonbytare är aktiv (upp till 1 år). Även under fyllning av massan kommer det komma bakterier till kolonnen och börja växa. Ett annat alternativ som föreslogs av Purolite är dosering av biocid (personlig kommunikation Jan Nissen, 2020-01). Det alternativet anses också vara problematiskt eftersom man helst vill undvika att släppa ut biocid med renat lakvatten. Att använda biocid eller väteperoxid intermittent för att avdöda bakterier kan dock ge mindre igensättningar. Det anges även att höga DOC halter påverkar genombrott av PFAS och för att förlänga drifttiden kan förbehandling med GAK eller en annan jonbytare användas. Förbehandling med GAK anses inte vara genomförbart. Man ser från genombrottskurvor att DOC läcker ut snabbare än de flesta PFAS. Om man ska byta GAK när DOC-reduktionen blir dålig så kommer man även att avskilja PFAS med GAK och syftet med jonbytaren förloras helt.
4.3 PAK
4.3.1 Avfallsanläggning A
Försök med PAK visade på samma selektivitet av PAK avseende olika PFAS som observerats för GAK (Figur 4-22). Tanken med försöken var att göra en första bedömning av reningseffektiviteten med PAK. Därför valdes två sorter PAK som passar för denna applikation, en som har pris i högre delen av intervallet (WP260) och en av de billigare PAK på marknaden (FG4). Resultaten visar att WP260 ger högre effektivitet av PFOS- och PFOA-avskiljning men liknande reduktionsgrad för PFAS11. Resultat från två omgångar av försök med FG4 visar väldigt liknande resultat, även om den andra omgången gjordes med vattenprov som togs 4 månader efter den första omgången.
Resultaten visar att relativt hög reduktion av PFOS kan åstadkommas även med en dos av 200 mg/l. Ökning av PAK-dosen ger bättre rening men sambandet är inte linjärt (speciellt inte för PFOS och PFOA). För att nå hög reduktionsgrad behöver dosen ökas väsentligt. Tekniken passar därför bättre för rening av vatten om relativt låg reduktionsgrad av PFOS och PFOA krävs (50-60%).
Figur 4-22. Resultat av försök med två sorter av PAK och lakvatten från avfallsanläggning A.
Resultat av försöken kan även räknas om till isotermer av de två materialen för reduktion av PFAS och DOC (Figur 4-23). Isotermer för PFOS och PFOA liknar formen av den generella isotermen som beskrevs i kapitel 3.2.1. Isotermer för PFOS kan beskrivas med Freudlich isotermmodell (se
trendlinjer i Figur 4-23). Isotermer avseende DOC och PFAS11 är mer komplexa och kan enklast approximeras med en rak linje. Det beror på att både DOC och PFAS11 är samlingsparametrar och
det är sorption av flera/många ämnen som ingår i observerad reduktion av både DOC och PFAS11.
Man ser från isotermerna att PAK sorberar maximalt 2 200-3 200 ng/g av PFAS11 vid de aktuella halterna. Kolonnförsök med GAK gav maximal sorption av 1 500-2 200 µg/l, vilket motsvarar 3 360-4 040 ng/g. Att en högre sorptionskapacitet uppnåtts för GAK kan bero på att kontakttiden för GAK var mycket längre (flera månader för GAK till skillnad från 1 h i försök med PAK).
Figur 4-23. Isotermer framtagna från resultat av försök med PAK och lakvatten från avfallsanläggning A.
4.3.2 Avfallsanläggning E
Två sorter av PAK från Jacobi testades under 2017 för rening av blandat lakvatten på från avfallsanläggning E. Nästan komplett reduktion av PFOS och PFOA kunde nås med doser 700 - 1 400 mg/l (Figur 4-22). Dessa doser är högre än vad som behövdes för avfallsanläggning A, men inkommande halter var också betydligt högre (se staplar för L2+L4 efter fällning och filtrering i Figur 4-22). Reduktion av DOC var också ovanligt låg. I försök med kol från Chemviron och lakvatten från avfallsanläggning A reducerades DOC från ca 40 mg/l till 10 mg/l vid de högsta doserna medan motsvarande dos i försök med lakvatten från avfallsanläggning E reducerade DOC från 40 mg/l till 20 mg/l.
Figur 4-24. Rening av lakvatten från avfallsanläggning E med PAK.