Förbättrad Slamavvattning
En analys av polymerdoseringens påverkan på sluttorrhalten
Improved Sludge Dewatering
An analysis of the polymer dosage’s impact on the final sludge dry content
Joanna Björklund
Fakulteten för Hälsa, Natur- och Teknikvetenskap Civilingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik Examensarbete 30 hp
Handledare: Lars Nilsson Examinator: Roger Renström 2019-06-26
Sammanfattning
Vatten som används av pappers- och massaindustrin måste renas och då bildas olika sorters slam. För avvattning av slam går det åt stora mängder kemikalier och processen är ofta kostsam.
Dock är det en viktig process inom vattenreningen. Skoghalls bruk vill förbränna så mycket slam som möjligt på plats för energiutvinning, vilket kräver en relativt hög torrhalt på slammet.
I det här arbetet har det undersökts om det finns förbättringsmöjligheter i slamavvattningsprocessen genom att undersöka olika parametrar som bland annat torrhalter, flöden, slamkvoter och drift av skruvpressar.
En del av syftet med arbetet var att bedöma precisionen av de installerade mätinstrumenten Acospector Acoustic Chemometer som mäter torrhalter i processen genom akustisk spektroskopi. Torrhalterna jämfördes mot uppmätta labbvärden vid samma position och slutsatsen blev att alla fem instrumenten bedömdes kunna följa labbvärdena relativt bra, men det var ACO 4 som mäter blandslam bestående av framförallt bio- och kemslam som visade på bäst resultat.
Målet med arbetet var att minska polymerdoseringen innan skruvpressarna för att på så sätt spara pengar. Parametrar i processen har jämförts mot sluttorrhalterna efter skruvpressarna med hjälp av bland annat korrelationsanalys för att upptäcka eventuella samband. Resultaten visade på att det bästa slammet att polymerdosera efter var blandslam bestående av bio- och kemslam.
Genom att polymerdosera efter torrsubstansmängden genom att utgå från torrhalten på slammet tillsammans med flödet skulle doseringen av polymerer kunna minska. Dessutom skulle en kostnad på mellan 219 000 – 274 000 kr under månaderna maj och april 2018 kunna sparas, vid användandet av en sats på 8 kgpolymer/tonTS blandslam. Sluttorrhalten visade ett samband gällande slamkvoter där det var gynnsamt med en hög kvot av fiberslam och en lägre kvot av blandslam (bio- och kemslam). Torrhalten efter den nya skruvpressen gynnades av en låg nivå av slam i pressen och ett högt moment medan den äldre pressen gav högre sluttorrhalter vid ett lågt varvtal. Ett fortsatt arbete skulle kunna vara att testa förslaget av polymerdosering i den verkliga processen.
Abstract
Water used in the pulp and paper industry needs to be purified and through that forms different types of sludge. Large amounts of chemicals are used for dewatering sludge and the process is often expensive. However, it is an important process within wastewater treatment. Skoghall’s mill wants to incinerate as much sludge as possible on site to produce energy, which requires a relatively high dry content of the sludge. In this work, the improvement possibilities have been examined by analyzing different parameters. For example, the amount of suspended solids, flows, sludge ratios and operation of the screw presses.
Part of the purpose of the work was to assess the accuracy of the installed measuring instruments Acospector Acoustic Chemometer which measures dry content in the process by using acoustic spectroscopy. The measured dry content was compared to values measured by lab at the same position and the conclusion was that all five instruments were able to follow the lab values quite well. Though it was ACO 4 that measures mixed sludge consisting of biological and chemical sludge which showed the best results.
The aim of the work was to reduce the polymer dosage before the screw presses in order to save money. Parameters were compared to the final dry content after the presses by correlation analysis among other methods. The results showed that, by polymer dosing based on the dry content of mixed sludge, consisting of biological and chemical sludge, together with the flow, large amounts of polymers could be saved. Also, about 219 000 – 274 000 SEK could be saved during the months May and April 2018, when using a batch of 8 kgpolymers/tondry matter mixed sludge. The final dry content after the screw presses showed a correlation to sludge ratios where it was favorable with a high ratio of fiber sludge and a lower ratio of mixed sludge (biological and chemical sludge). The final dry matter after the newest screw press were favored by a low level of sludge in the press and a high moment. The older press showed a higher final dry content with a lower speed. Continued work could be to test the proposal of polymer dosage in the actual process.
Förord
Denna rapport är resultatet av ett examensarbete på 30 hp som är det avslutande momentet på Civilingenjörsutbildningen i Energi & Miljöteknik på Karlstads Universitet. Examensarbetet har utförts under perioden januari-juni 2019.
Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete.
Jag skulle vilja tacka alla hjälpsamma och trevliga människor som jag har kommit i kontakt med under den här perioden från ÅF Pöyry, Acosense och Stora Enso Skoghall.
Samt ett extra stort tack till Lars Nilsson på Karlstad Universitet för handledning och många goda råd, till Åsa Sivard på ÅF Pöyry för ett stort engagemang och kunskap, till Pia Holmberg på Acosense för all hjälp och Tomas Gustafsson från Stora Enso Skoghall för hjälp med datainsamling och svar på många frågor.
Joanna Björklund juni 2019
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1. Bakgrund ... 1
1.2. Syfte och mål ... 2
2. Vattenrening i skogsindustrin ... 3
2.1. Biologisk rening... 3
2.2. Kemisk rening ... 3
2.3. Sedimentering ... 4
2.4. Slam ... 4
2.5. Slamavvattning ... 5
2.5.1. Förbehandling ... 6
2.5.2. Mekanisk slamavvattning ... 6
2.5.3. Slamhantering... 7
3. Stora Enso Skoghall... 8
3.1. Reningen ... 9
3.2. Slamproduktionen ... 10
3.3. Akustisk spektroskopi ... 10
3.4. Slamavvattningen ... 11
3.5. Drift idag ... 13
3.6. Problembeskrivning ... 13
4. Metod ... 16
4.1. Insamling av data ... 16
4.2. Materialbalans ... 17
4.3. Polymerdosering ... 17
4.4. Korrelationsanalys ... 18
5. Resultat ... 19
5.1. Jämförelse mellan Acosense-värden och labbvärden ... 19
5.2. Vilken slamtyp är bäst att polymerdosera efter? ... 21
5.2.1. Ytterligare utvärdering av samband ... 23
5.2.2. Polymerdosering ... 24
5.2.3. Polymerdoseringens påverkan på sluttorrhalten ... 25
5.3. Materialbalans ... 26
5.4. Påverkan från andra parametrar ... 28
5.4.1. Slamkvoter... 29
5.4.2. Styrning av skruvpressarna ... 30
6. Diskussion ... 32
6.1. Skillnad mellan torrhalterna från Acospectorerna och labb. ... 32
6.2. Slam att polymerdosera efter ... 32
6.3. Polymerdosering ... 33
6.4. Slamkvoter ... 34
6.5. Styrning av skruvpressarna ... 34
6.6. Metod och fortsatt studie ... 35
7. Slutsats ... 37
Referenser ... 38
Bilaga 1 – Parametrar i slamavvattningsprocessen Bilaga 2 - Extramaterial
1
1. Inledning
Klimatförändringar blir ett allt större hot mot jordens invånare. Den antropogena inverkan av växthusgasutsläpp både från förr och nu bidrar till en fortsatt global uppvärmning. Stora koldioxidutsläpp kan komma från industriella processer som är energikrävande och där dessutom avfallshanteringen kan bidra till stora utsläpp. Det är viktigt med utveckling mot ett mer hållbart samhälle.
Skogen är en viktig resurs för Sverige. Den är förnyelsebar, tar upp koldioxid från luften och har ett stort användningsområde. Men pappers- och massaindustrin är energikrävande och står för ungefär hälften av den industriella energianvändningen i Sverige (Stenqvist 2015). Många bruk producerar dock en stor del energi genom interna bränslen. Industrin kan ge stora mängder avfall, bland annat i form av avloppsvatten. Vattenrening är viktigt för en hållbar produktion för att inte påverka kringliggande miljö negativt. För att rena avloppsvattnet från pappers- och massaindustrin krävs flera steg och olika reningsmetoder (Qi et al. 2011). Utsläppsvillkoren är något som successivt skärps vilket gör att flera anläggningar måste se över processlösningar och reningsmetoder (Svenskt Vatten AB 2010). Bruket i Skoghall har en miljöpåverkan genom utsläpp till luft och vatten samt att det bildas avfall. För processerna krävs det en hel del vatten, energi och kemikalier. Men även transporter för fraktandet av produkter till och från bruket (Gustafsson 2018).
Vid reningsprocessen produceras stora mängder slam som kan innehålla över 90% vatten.
Avvattningssteget är en viktig del då minskningen av slamvolymen genom vattenseparation kan minska kostnader för transport och vidare hantering av slam, men även detta är energikrävande (Qi et al. 2011). Även stora mängder polymerer kan användas för att göra slammet mer avvattningsbart. Slamhantering står för en stor del av de totala kostnaderna för reningsverken även då slamvolymerna endast utgör ungefär 1% av det inkommande vattenflödet. Med dagens teknik kan avloppsvatten renas till en önskvärd nivå. Det som är den begränsande faktorn är kostnaden samt de krav som ställs (Kemira Kemwater 2003). Slammet från skogsindustrins vattenrening har tidigare setts som avfall, men med rätt behandling kan värdet ökas så att det kan utnyttjas som en resurs (Hagelqvist 2013a).
1.1. Bakgrund
Stora Enso Skoghall är ett kartongbruk som grundades år 1917 på Hammarö och har idag 770 medarbetare. De har en årlig produktion på ungefär 750 - 800 kton kartong och 600 - 650 kton massa (Stora Enso AB 2018). Acosense är ett företag som utvecklar Acospector Acoustic Chemometer, vilket är ett instrument som beröringsfritt kan analysera egenskaper på vätskor och ge korrekta analysresultat. År 2009 startades bolaget och består idag av åtta anställda. De jobbar för att optimera produktionen inom processindustrin och för att hitta effektiva och hållbara lösningar (Acosense AB 2018). ÅF Pöyry är ett design- och ingenjörsföretag som jobbar inom industri, energi och infrastruktur. ÅF Pöyry har idag ungefär 16 000 medarbetare och kontor i fler än 50 länder (ÅF Pöyry AB 2018).
Från ett tidigare ÅForsk-projekt av Holmberg (2017) som var ett samarbete mellan ÅF Pöyry, Acosense och Skoghall så testades det om analysmetoden aktiv akustisk spektroskopi skulle kunna användas för att mäta suspenderade ämnen (SÄ) för olika sorters slam online. Detta var
2
för att kunna underlätta styrningen och övervakningen an vattenrenings- och slamhanteringsprocesser. Från projektet drogs slutsatsen att aktiv akustisk spektroskopi fungerar bra för att analysera slamhalter online mellan 2000 mg/l och 30 000 mg/l. Under projektet installerades den första Acospectoren (ACO 0) på Skoghall och där data analyserades mellan 2015-11-02 och 2016-03-31. Figur 1 visar resultatet från studien, där den blåa linjen är labprover och prickarna är värden från ACO 0. Blandslammet i analysen bestod av bio-, kem- och fiberslam. Metoden visade sig fungera bra och idag finns det totalt fem Acospectorer installerade i slamavvattningsprocessen.
Figur 1 Resultat för modellering av blandslamsflödet hos Skoghalls bruk. Den blå linjen visar referensdata (labprover). De gröna prickarna visar data som användes i modellen och de röda prickarna är resulterande värden från modellen men som inte ingått i dess uppbyggnad (Holmberg 2017).
I ett tidigare projekt från Hach Company (2014) som utfördes på The King County South treatment plant, vilket är ett kommunalt reningsverk i Washington, doserades polymerer utifrån övervakning av suspenderade fasta ämnen, flöde och koncentration av slammet. För att minska under- och överdoseringen i samband med en flotationsbassäng. Genom att dosera på det här sättet minskade polymerkonsumtionen med 20 - 30 % på några månader och sparade ungefär
$30,000 till $40,000 i kemikaliekostnader över ett år.
1.2. Syfte och mål
Syftet med detta arbete är att fortsätta projektet från tidigare på Skoghall och se hur Acospectorerna fungerar idag och hur de kan användas, samt att analysera data från instrument i slamavvattningsprocessen för att identifiera förbättringsmöjligheter.
Målet med arbetet är att sänka driftkostnader för reningen genom att minska förbrukning av kemikalier. Samt identifiera hur parametrar i processen påverkar sluttorrhalterna efter skruvpressarna genom att bland annat använda korrelationsanalys.
3
2. Vattenrening i skogsindustrin
Massa- och pappersindustrin har stora utsläpp från sina processer och har ofta egna reningsanläggningar på plats. Avloppsvattnet genomgår mekanisk, biologisk och ibland kemisk rening. De grövsta föroreningarna avskiljs i galler eller sil. Därefter måste vattnet kylas och i ett neutraliseringssteg tillsätts lut eller syra vid behov. Den mekaniska reningen eller primärreningen sker genom sedimentering eller flotation (Sivard 2019). Vid alla dessa tre behandlingssteg kan det bildas slam. Från det mekaniska steget uppstår primärslam, eller mekaniskt slam, vilket är de fasta partiklarna i avloppsvattnet som sedimenterar. Det biologiska slammet bildas från mikroorganismernas process medan kemiskt slam uppkommer när fällningskemikalier tillsätts i processen (Johansson & Enskog 1999). Mängden slam som bildas beror på reningsmetoden som används samt reningsverkets reningsgrad (Persson et al. 2005).
2.1. Biologisk rening
I det biologiska reningssteget sker nedbrytningen med hjälp av bakterier och andra mikroorganismer. Det är många faktorer som har en inverkan på nedbrytningshastigheten som bland annat reningsmetod, pH, syrehalt, temperatur, mikroorganismer och partikelstorlek.
Organismerna i den biologiska reningen är betydelsefulla för att styra slamproduktionen.
Närsalter så som kväve och fosfor får oftast tillsättas i någon form då dessa förekommer endast i små mängder i industrins avloppsvatten (Kemira Kemwater 2003). Mikroorganismer bryter ner de ämnen som finns i avloppsvattnet och omvandlar det vid fullständig nedbrytning till koldioxid och vatten. Den biologiska reningen är samma process som förekommer naturligt i naturen (Sivard 2019).
Det finns olika biologiska reningsmetoder så som aktivslamprocess. Processen fungerar bäst vid en jämn nivå med slam. Detta kan göras genom att en del av slammet återförs från sedimenteringssteget tillbaka till luftningsbassängen, vilket kallas returslam. Detta steg består ofta av en luftningsbassäng och en sedimenteringsbassäng (Persson et al. 2005).
Luftad damm är en annan metod som består av en stor luftad volym där vattnet som ska renas har en uppehållstid på ett antal dagar, vilket är längre än för flertalet andra metoder.
Mikroorganismerna omvandlar det organiska materialet i vattnet till koldioxid, vatten och slam.
Vanligt är att vattnet går till ett sedimenteringssteg för att fånga upp bioslammet innan vattnet åker vidare. Dammen är bra på grund av att det inte krävs så mycket underhåll, men jämfört med exempelvis aktivt slam så kan reningsresultaten vara sämre (Welander et al. 1997).
Moving bed biofilm reactors (MBBR) består av små bärare ofta gjorda i plast som flyter runt fritt i bassängen (Hosseiny & Borghei 2002). Då behövs inget returslam och det finns ett silsystem för att undvika att bärarna åker med flödet ut ur bassängen. Mikroorganismerna, biomassan, växer på och i bärarna. Omrörning sker i bassängen så att syre ska komma till bärarna och så att överskottsslam lättare ska kunna lossna från bärarna. Slammet avskiljs sedan i ett senare steg genom exempelvis sedimentering eller flotation (Ødegaard 2006).
2.2. Kemisk rening
4
Kemisk fällning utnyttjas då det kompletterar den mekaniska och biologiska reningen och kan reducera svårnedbrytbara ämnen. Vanlig förekommande är användningen av järninnehållande aluminiumsulfat (AVR) eller andra metallsalter. Detta gör att utsläpp av suspenderade ämnen kan minska, även fosfor och icke-biologiskt nedbrytbara material. Aluminium- samt järnsalter kan aggregera partiklar till en tillräcklig storlek för att de ska kunna avlägsnas. De flesta partiklarna i avloppsvattnet är laddade och i de flesta fall handlar det om en negativ nettoladdning. Detta bidrar till att partiklarna repellerar vandra och förblir finfördelade i vätskan så länge det inte finns adsorptionsmöjligheter. Metallsalterna har en positiv laddning som bidrar till att partiklarnas ytladdning reduceras så att de kan aggregera till varandra och därmed bilda flockar. Varefter dessa lättare kan avskiljas och sedimentera. Polymerer fungerar som en tejp som stärker flockarna. Ju högre pH-värde, desto större blir den negativa laddningen på partiklarnas yta vilket bidrar till att mer metallsalt får tillsättas. Vid tillsats av metallsalt så sjunker pH-värdet, men vid tillsats av polymerer så påverkas inte pH-värdet. Koagulering är processen att reducera partiklarnas elektriska repulsion genom tillsats av enkla salter och flockning kan definieras som processen där partiklar aggregeras genom tillsats av polymerer (Kemira Kemwater 2003).
2.3. Sedimentering
Sedimenteringen utnyttjar densitetsskillnader, när flödeshastigheten sänks till en tillräckligt låg hastighet kan de tyngre partiklarna sjukna till botten (Persson et al. 2005). Tiden det tar för en partikel att sedimentera beror på partikelns densitet och storlek. Även vattentemperaturen kan ha en inverkan på sedimenteringstiden då ju kallare temperatur desto längre sedimenteringstid på grund av vattnets ökande viskositet. De partiklar som är för små för att sedimentera av sig själva kallas kolloidala partiklar (Kemira Kemwater 2003). För att avskilja partiklar finns även flotation som också utnyttjar densitetsskillnader mellan partiklar och vätska. Då tillsätts luft i syfte att små luftbubblor fäster sig på partikeln. Slam-luft-aggregatet som bildas stiger då det resulterar i en lägre densitet än vätskan den befinner sig i. Väl vid ytan avskiljs aggregatet genom en skrapanordning. Den här avskiljningsmetoden är dock energikrävande på grund av lufttillförseln (Persson et al. 2005). Figurerna 2a) och 2b) visar olika sedimenteringsbassänger som kan användas.
2.4. Slam
Slam består av vätska och fast substans. Slammet har ofta en gelartad karaktär vilket bidrar till att det är svårt att separera flockarna från varandra (Kemira Kemwater 2003). Det genererade primärslammet i papper- och massaindustrin är huvudsakligen bestående av cellulosa,
Figur 2a) visar en rektangulär sedimenteringsbassäng (Sivard 2019) och figur 2b) en cirkulär sedimenteringsbassäng.
5
hemicellulosa, lignin och andra komponenter. Det kan även innehålla processkemikalier och bark. I primärslam förekommer förhållandevis stora och fasta partiklar som bidrar till att slammet kan avvattnas och uppnå en relativt hög torrhalt. Bioslam, består av biomassa, cellulosafibrer och lignin (Chen et al. 2002). I det sekundära slammet finns även kolloidala ämnen som avskiljs med kemisk fällning eller genom den biologiska reningsmetoden (Persson et al. 2005). Den kemiska fällningen fångar upp mikroorganismerna som är kvar från det biologiska reningssteget (Pokhrel & Viraraghavan 2004; Hagelqvist 2013b). Det kemiska slammet innehåller vanligtvis järn- och/eller aluminiumhydroxider (Krogerus et al. 1999).
Produktionen av papper- och kartongprodukter kan generera stora mängder föroreningar som kan mätas genom biokemisk syreförbrukning (BOD), kemisk syreförbrukning (COD) och totalt organiskt kol (TOC) (Pokhrel & Viraraghavan 2004). Torrsubstans (TS) beskriver den totala mängden fast material som finns i avloppsvattnet. Suspenderade ämnen (SÄ) utgör mängden fasta partiklar som finns i avloppsvatten. Från pappers- och massaindustrin kan utsläppen till vatten vara i form av suspenderade ämnen, klorat, klorerade organiska föreningar, syreförbrukande ämnen, närsalter, metaller samt pH-förändrade ämnen (Kemira Kemwater 2003).
2.5. Slamavvattning
Slam kan bestå av olika material beroende på vilken typ av slam det är, dessutom kan partiklarna i slammet ha varierande storlekar. Det finns även fritt vatten som inte påverkas av de fasta partiklarna (Vesilind 1994). Vilka avvattningsmetoder som bör användas beror på hur vattnet är bundet till partiklarna, se figur 3. Mycket vatten kan befinna sig i hålrum som kan till viss del avlägsnas med statisk förtjockning, då detta vattnet inte är bundet till partiklarna.
Dessutom finns det kapillärvatten där kapillära krafter binder vattnet mellan slampartiklarna, i detta fall kan vattnet inte röra sig lika fritt som hålrumsvattnet. Kapillärkraften bestäms av ett förhållande som beror på en dragningskraft mellan vatten och fasta ytor samt krafterna mellan vätskans molekyler. För att avlägsna detta vatten kan mekaniska avvattningsmetoder användas, men detta kräver en ökad energiinsats. Det finns även adsorptionsvatten, eller ytvatten, där vattnet binds till partikelytan genom adsorptionskrafter. Vid avlägsnandet av adsorptionsvatten krävs termisk behandling. Sen finns det cellbundet vatten då vattnet är bundet i cellernas struktur och även här behövs termisk behandling eller alternativt mekanisk sprängning för att få bort cellväggar för att avlägsna vattnet. Adsorptionsvatten och cellbundet vatten kan benämnas som bundet vatten, dessa är vanligare förekommande i bioslam än i primärslam (Baresel et al. 2014).
Figur 3 Visar hur vatten är bundet till partiklar (Sivard 2019).
6
Bioslam är det slam i reningsprocessen från pappers- och massabruk som är det svåraste att avvattna. För att förbättra avvattningen är det vanligt att bioslammet blandas med primärslam.
Detta kan bli problematiskt då många papper- och massabruk effektiviserar sin rening och därmed reducerar primärslamsproduktionen, detta är på grund av att det finns fiber i primärslammet som är bättre att det blir produkt än går till reningen (Bonilla et al. 2015).
Slammet från det mekaniska steget är oftast mer avvattningsbart än bioslammet. Förhållandet som uppstår mellan dessa bestämmer avvattningsförmågan hos slamblandningen (Meyer et al.
2018).
2.5.1. Förbehandling
Svårigheter i samband med avvattningen av bioslam kan för reningsverk bidra till ekonomiska och miljömässiga problem. Bioslam är svårt att avvattna då det består av kolloider samt av extracellulära polymera substanser (EPS), vilka binder vattenmolekyler starkt till de fasta ytorna eller fångar de inuti cellerna eller molekylerna (Mowla et al. 2013). Det kolloidala tillståndet som kan uppnås kan ibland vara vid gränsen för tillståndet för en sann lösning, då vissa kolloidmaterial kan vara så små som 10-9 m. De kolloida partiklarna har en låg gravitationssedimentering och förblir suspenderade i vattnet. Utan någon förbehandling är mekanisk avvattning med kolloidala fasta ämnen mycket svårt och ibland till och med omöjligt.
Bioslammets flockar håller inte ihop så hårt och tål inte så mycket tryck (Qi et al. 2011). Ju större flockarna blir desto ömtåligare blir de. Därför används flockningshjälpmedel vilket bidrar till ökad styrka i slammet och minskar slammets vattenhalt (Kemira Kemwater 2003).
För att förbättra sedimenteringsbarheten kan koagulering eller flockning användas innan det mekaniska avvattningssteget. Då tillsätts polymerer som fungerar som skelettbyggare eller armering för minskandet av komprimerbarheten hos slamfasta ämnen och sedan används olika tekniker för att släppa ut de olika vattenmolekylerna. Detta steg kallas slamförtjockning (Mowla et al. 2013). Bland annat kan kolloiderna genom aggregation på detta sätt klumpas ihop för att bilda större flockar (Nittami et al. 2015). Den optimala polymerdosen beror på utrustningen i reningsprocessen samt särskilda villkor (Baresel et al. 2014).
2.5.2. Mekanisk slamavvattning
Vid slamavvattning tillämpas tryck för att frigöra vattenmolekylerna ur slammet. Exempelvis skruvpress, silbandspress och centrifug. Vid slamtorkning tillförs värme för att förstöra vattenmolekylära bindningar till fasta ytor och avlägsna dessa genom avdunstning. (Mowla et al. 2013).
Vilken torrsubstanshalt som slammet kräver beror på vad slammet ska användas till eller vilken vidarebehandling som ska utföras. Genom slamavvattningsutrustningar är målet att uppnå höga TS-halter samtidigt som rejektvattnet helst ska ha en låg halt suspenderat material (Persson et al. 2005). Rejektvattnet som uppstår vid förtjockning samt avvattning av slam återförs ofta till det första reningssteget i reningsprocessen (Kemira Kemwater 2003).
Slamegenskaperna har en stor inverkan på slamavvattningen. Parametrar så som exempelvis pH kan variera, vilket kan ha en stark påverkan på avvattningen speciellt på det biologiska slammet. Flockstuktur och styrka beror starkt av jonisk sammansättning och koncentration.
Vattenhalten i den bildade filterkakan kan vara lägre med ett sänkt pH-värde (Christensen et al.
2015). På grund av en hög komprimerbar natur hos fasta ämnen i slam så hindras ofta slamavvattningshastigheten. Den övergripande processens effektivitet kompromissas vilket
7
leder till att det krävs en längre kompressionstid eller ett högre tryck för att uppnå ett högt fast innehåll i slammet (Qi et al. 2011).
2.5.3. Slamhantering
I beslutet om vad som ska göras med slammet kan kostnader ha betydelse (Kemira Kemwater 2003). Förr har flera bruk deponerat slammet men idag är det förbjudet. Slam kan användas till deponitäckning eller jordtillverkning beroende på dess egenskaper (Ahlroth & Sivard 2002).
Förbränning är ett vanligt sätt att ta hand om slammet från massaindustriavloppsvatten, men då är det viktigt med en hög torrhalt. Det krävs en torrsubstanshalt på minst 30 – 35% för att slam ska kunna underhålla förbränningen av sig självt (Persson et al. 2005). Även en stor del av slammet har komposterats eller deponerats under åren men på grund av både ekonomiska samt miljömässiga begränsningar behövs mer hållbar teknik för att lösa problemet (Mowla et al.
2013).
Slam från pappers- och massabruk kan även rötas för att producera biogas. Detta är inte ett så vanligt användningsområde även om det finns potential, speciellt för samrötning (Hagelqvist
& Granström 2016). Det sker en relativt långsam nedbrytning av substanserna från slam från pappers- och massabruk och därav finns det en oro att det skulle krävas dyr utrustning. Men slammet har potential att producera högkvalitativt biobränsle i form av metan. Intresset för biogas ökar då det kan användas i förbränningsmotorer och är ett fossilfritt bränsle. Dessutom kan rötresterna användas som jordnäring (Hagelqvist 2013a).
8
3. Stora Enso Skoghall
Skoghalls bruk är en världsledande tillverkare av kartong för krävande konsument- förpackningar och tryck, bland annat av vätskeförpackningar (Gustafsson 2019).
Figur 4 Visar produktionen på Skoghalls bruk (Gustafsson 2019).
I processen, som ses i figur 4, så finns sulfatmassatillverkning innehållande fiberlinje med tillhörande kemikalieåtervinning, en CTMP-linje (kemi-termomekanisk massa) samt ett kartongbruk med två kartongmaskiner vilka samtliga genererar avloppsvatten.
Sulfatmassaproduktion är en mer sluten process med kemikalieåtervinning till skillnad mot CTMP-produktion som delvis saknar kemikalieåtervinning och därmed genererar större utgående avloppsflöden. Fibrerna som kommer in i processen tvättas och då det sker produktion av matförpackningar är det extra viktigt att materialet som behandlas är rent. Massan från båda linjerna används vid tillverkningen av kartong, det är vanligt att mittskiktet består av CTMP och att ovan- samt underskiktet av massa från fiberlinjen (Gustafsson 2019).
9 3.1. Reningen
Figur 5 visar reningstegen från Skoghalls bruk.
Figur 5 Flödesschema över vattenreningen på Skoghalls bruk (Gustafsson 2019).
Avloppsvattnet från CTMP-linjen renas först genom mekanisk rening där avloppet sedimenteras i bassäng 4 och där slam avskiljs. Sedan går avloppet vidare till det biologiska reningssteget som består av en luftad damm (Gustafsson 2019). En mindre delström från avloppet i bassäng 4 återförs till sulfatfabrikens kemikalieåtervinning. Luftade dammar har vanligtvis en lång uppehållstid och är därmed relativt okänsliga för variationer (Kemira Kemwater 2003). I detta fall har den luftade dammen en uppehållstid på cirka 7 dygn och en volym på 200 000 m3. Efter den luftade dammen sedimenteras bioslammet i en rektangulär sedimenteringsbassäng, slam avskiljs och vattnet pumpas vidare mot det kemiska reningssteget med sedimentering och möjlighet till kemisk fällning. Avloppsvattnet från fiberlinjen och kartongmaskiner sedimenterar i bassäng 3 innan det också går vidare till det kemiska reningssteget. I det kemiska reningssteget kan fällningskemikalier vid behov doseras innan vattnet sedimenteras i bassäng 1 och 2. Slammet som avskiljs i sedimenterings- bassängerna går vidare till slamavvattning. Efter reningsstegen återförs det renade vattnet till Vänern (Gustafsson 2019).
Tabell 1 visar under vilka månader under 2018 som medelvärdena av flödena till bassängerna var störst och minst. Alla de minsta flödena skedde i oktober (beroende på höststopp och lägre drifttid) och de flesta största flödena skedde under sommaren (beroende på intag av kylvatten under varma årstider) (Gustafsson 2019).
Tabell 1 Visar de största och minsta flödena till sedimenteringsbassängerna under år 2018 Sedimenteringsbassäng Störst flöde in under 2018 [m3/h] Minst flöde in under 2018 [m3/h]
B3 - Fiber 50 904 (Juni) 35 578 (Oktober)
B4 - CTMP 9 824 (Januari) 6 278 (Oktober)
Luftad damm, bioslam 27 613 (Juli) 18 936 (Oktober)
B1+B2 - Kemslam 77 957 (Juli) 54 514 (Oktober)
10 3.2. Slamproduktionen
Tabell 2 visar hur mycket slam som produceras varje dygn och som avskiljs i respektive sedimenteringsbassäng mellan åren 2010 - 2012.
Tabell 2 Mängd slam från de olika reningsstegen (Gustafsson 2019).
Från både bassäng 3 och 4 produceras cirka 25 ton torrt fiberslam per dygn. Från den biologiska reningen som består av en 200 000 m3 luftad damm produceras mellan 10–15 ton torrt slam per dygn. I det kemiska fällningssteget används polymerer och metallsaltet AVR där det bildas en slammängd på 10–15 ton torrt slam per dygn, vilket sker i bassäng 1 och 2. Det gör att det bildas totalt ungefär 70–75 ton torrt slam per dygn som behöver tas omhand (Gustafsson 2019).
3.3. Akustisk spektroskopi
Stora Enso Skoghall använder onlineinstrumentet Acospector, baserat på analysmetoden aktiv akustisk spektroskopi för att beröringsfritt mäta torrhalt i slam. Instrumentet installeras utanpå röret med slam och på grund av att det inte sker någon kontakt med vätskan behövs minimalt underhåll (Acosense AB 2018). Under mätning ger instrumentet upphov till en ljudsignal bestående av frekvenser mellan 1000 – 21000 Hz som passerar genom vätskan som ska analyseras. När signalen passerar genom vätskan påverkas den av vätskan och dess egenskaper vilket ger upphov till förändringar av signalen i olika frekvenser. Ljudenergin förändras i intensitet och fas och mottagaren mäter ljudförlusterna samt ljudhastigheten, se figur 6. Därav kan olika slamhalter korreleras med olika spektrum vilka genom att kalibrera instrument med labbprover översättas till ett värde (Holmberg 2019). Akustiska metoder är robusta och exakta (Dukhin & Goetz 2001).
11
Figur 6 Visar hur Acospectoren placeras på röret, sensorer registrerar ljudsignalen som sänds genom röret.
Signalen som erhålls behandlas och beräknas vilket ger ett analysresultat till användaren (Holmberg 2019).
3.4. Slamavvattningen
Figur 7 visar var Acospectorerna är placerade, de gröna cirklarna, i reningssystemet och därmed vart torrhalterna mäts.
Figur 7 Flödesschema över slamavvattningen.
12
Torrhalterna som mäts är slammet efter det biologiska reningssteget i den luftade dammen, efter primärreningsstegen i bassäng 3 och 4, efter förtjockningssteget samt torrhalten för blandslammet efter slamtanken. Det biologiska, kemiska och en del fiberslam från CTMP- processen blandas i en förtjockare på 3700 m3 innan blandslammet går vidare till en slamtank.
Silbandspressen används i vanliga fall inte men när det görs så är det framförallt primärslam som avvattnas där. Det mesta slammet går till avvattning genom skruvpressarna då dessa ger en högre torrhalt. Vid slamtanken innan skruvpressarna bestäms mängden fiber-, CTMP- respektive blandslam som blandas genom kvoter som tillsammans blir 100 %. I bassäng 1 och 2 används polymer Fennopol A 8842 från leverantören Kemira vid fällningen, i bassäng 4 och vid skruvpressarna används Organopol 6405 NS samt Organopol 6415 NS från leverantören BASF. Polymeren blandas med vatten innan tillsättning och har då en koncentration på cirka 0,3 %. Av de två skruvpressarna så finns en nyare från leverantören Andritz vilken har en högre effekt. Den äldre är från leverantören FKC och ger generellt en lägre torrhalt på slammet (Gustafsson 2019). Innan skruvpressarna genomgår slammet föravvattning. Förtjockning och föravvattning görs för att minska slamvolymen och öka TS-halten. Förtjockning kallas det ofta om det sker i ett separat steg medan om det sker integrerat med annan avvattning kallas det föravvattning (Krogerus et al 1999).
Figur 8a) visar principen för hur en skruvpress fungerar och figur 8b) för hur en silbandspress ser ut.
Figur 8a) Visar en skruvpress (FKC Screw press 2018) och 8b) en silbandspress (Hydropress HUBER AB 2019)
Skruvpressar är robusta och enkla samtidigt som de behöver ett lågt underhåll, de kan även ge en relativt hög torrhalt. Se figur 8a), genom en skruv pressas vattnet ut och på så sätt ökar torrhalten på slammet (Baresel et al. 2014). Rotationen på skruven gör så att slammet matas framåt och ett ökat tryck gör så att avdrivningen av vätskan ökas genom siltrumman. Den ingående TS-halten bör inte vara för låg. Därför är det vanligt att föravvattnare används (Axelsson et al. 2001).
Silbandspress går ut på att slammet avvattnas genom att pressas mellan två silband som rör sig långsamt, se figur 8b). Generellt så ökar torrhalten genom filtrering med en högre uppehållstid i filtret, därför blir torrhalten högre vid en lägre bandhastighet (Baresel et al. 2014). Det finns tre zoner i en silbandspress, i den första zonen där fritt vatten avvattnas genom gravitation och inget tryck. I den andra zonen ökar trycket stegvis för att avskilja kapillärt vatten och i den tredje zonen är en högtryckszon som pressar ut adsorptivt bundet vatten (Axelsson et al. 2001).
Den nya skruvpressen har föravvattning i form av en gravitationsavskiljare, medan den äldre pressen har en förurvattnare (Aronsson 2019). I detta steg separeras framförallt fria
13
vattenmolekyler och då kan torrhalten öka från ungefär 2% till som mest 15% (Mowla et al.
2013).
3.5. Drift idag
De som övervakar avvattningen har tillgång till uppmätt data och kan med hjälp av kameror se delar av processen från kontrollrummet. Slam från bassäng 3 (fiberslam), bassäng 4 (CTMP- slam) samt blandslam från förtjockaren kvotas in i slamtanken innan skruvpressarna. Kvoterna hålls ofta konstanta och dessa beror på slammängderna i sedimenteringsbassängerna. Hur mycket slam som finns i sedimenteringsbassängerna spelar stor roll. Om det blir för mycket slam kan skrapverk köra fast och om för mycket slam tas ut kan flödet tillslut bli för blaskigt.
Slamlodning kan hjälpa i dessa beslut men även torrhalten ut från bassängen kan vara en indikation på hur stor mängd slam det finns. Lodning går ut på att med exempelvis en tyngd eller skiva mäta siktdjupet i bassängen (Gustafsson 2019). En del operatörer använder även resultaten från Acospectorerna flitigt för styrningen. Då är det framförallt för att se torrhalterna vid ACO 0, ACO 1 och ACO 4 (Aronsson 2019).
I sedimenteringsbassängen för avskiljning av bioslam efter den luftade dammen finns en höj- och sänkbar pump som åker runt på botten och suger upp slammet, vilket tenderar till att bidra till en ojämn pumpning. I detta fall försöker operatörerna uppnå ett jämnt uttag. Även i bassäng 1 och 2 (kemslam) är målet att ha ett jämnt uttag. I framtiden planeras eftersedimentering i den biologiska reningen att bytas ut mot en ny, effektivare eftersedimentering som kan bidra till ett jämnare uttag för bioslammet (Aronsson 2019).
För att få en hög torrhalt efter skruvpressarna observeras slammet när det behandlas vid föravvattningen innan skruvpressarna. Vid behov är det framförallt polymerdoseringen och varvtalet på skruvpressarna som justeras för att öka torrhalten. För att ställa in vilken mängd polymer som ska tillsättas är det framförallt en kvot som beror av flödet som justeras, vilket bestämmer polymerdoseringen (Aronsson 2019).
I det kemiska reningssteget används inte alltid fällningskemikalier på grund av utsläppsgränser, det blir en avvägning ifall det ska vara ett lägre TOC eller SÄ. Fällning används primärt för att få tillräcklig TOC-reduktion. Fällning medför kemisk kostnad och en ökad slammängd (Gustafsson 2019).
3.6. Problembeskrivning
Stora Enso Skoghall vill förbränna så mycket av sin slamproduktion som möjligt på plats. I tabell 3 visas uppgifter om blandslammet efter skruvpressarna för 2018. Slammet som får en tillräckligt hög torrhalt från avvattningen på Stora Enso Skoghall förbränns i brukets fastbränslepanna. Resterande tas hand om företaget Ragnsells som då hämtar upp slammet och behandlar det. Tabell 3 visar att Skoghalls bruk tjänar mycket på att förbränna slammet (Gustafsson 2019).
14
Tabell 3 Uppgifter om blandslam efter pressarna för 2018 (Gustafsson 2019).
Producerat slam 56 954 ton vått/år
Mängd förbränt blandslam 47 073 ton vått/år
Värde på förbränt blandslam motsvarar cirka 10,9 MSEK/år
Utkört slam 9 880 ton vått/år
Andel förbränt 83 %
Kostnad för utkörd blandslam 117,0 kr/ton vått
Kostnad för utkörd blandslam 1,2 MSEK/år
Figur 9 visar torrhalterna efter de två skruvpressarna under en period mellan 15.12.2017 – 27.02.2019. Från figur 9 ses det att efter den nyare skruvpressen blir generellt torrhalten högre än efter den äldre. Torrhalterna varierar en del och tenderar att vara högre på sommarmånaderna än under vintermånaderna. När kurvan antar samma värde under en längre tid beror det på att pressen är avstängd. Från figur 9 ses det att sluttorrhalterna oftast är relativt höga och endast under fåtal gånger understiger 30 %.
Figur 9 Diagram för torrhalten efter skruvpressarna (Gustafsson 2019).
Polymertillsats görs för att förbättra avvattningsegenskaperna och öka torrhalten. Med utnyttjande av online-analys av torrhalterna skulle polymertillsatsen troligen kunna optimeras och sänkas (Gustafsson 2019). Avvattningsegenskaperna på blandslam förbättras ju mer andel fiberslam det innehåller. Kemslam har även den generellt dåliga avvattningsegenskaper och blandas därför ofta med fiberslam (Axelsson et al. 2001). Felaktig polymerdosering kan vara en nackdel i avvattningsprocessen och kan minska prestandan (Byun et al. 2006).
För att få en väl fungerande reningsprocess är det viktigt att ha en bra slamavvattning.
Avgörande faktorer är bland annat typen av mekanisk avvattning samt vilka kemikalier som doseras (Al Momani 2014). Figur 10 och 11 visar mängden polymer som tillsätts per ton torrsubstans. Det brukar rekommenderas en sats på mellan 2 – 3 kgpolymer/tonTS för totalt slam och 5 – 8 kgpolymer/tonTS för bioslam, dessa rekommendationer är riktlinjer som kan behöva testas ut för varje enskild slamblandning (Krogerus et al. 1999; Sivard 2019).
15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00
Torrhalt [%]
Torrhalt Skruvpressar
Ny skruvpress Äldre skruvpress
15
Figur 10 Satsen polymervikt per ton torr substans för den nya skruvpressen. De svarta linjerna visar den rekommenderade satsen för blandslam. Medelvärde 4,5 kgpolymer/tonTS.
Figur 11 Satsen polymervikt per ton torr substans för den äldre skruvpressen. De svarta linjerna visar den rekommenderade satsen för blandslam. Medelvärde 7,6 kgpolymer/tonTS.
Då slammet vid skruvpressarna är ett blandslam bestående av fiber-, bio- och kemslam så är det 2 – 3 kgpolymer/tonTS som rekommenderas. Figurerna 11 och 12 visar att vid båda skruvpressarna överdoseras det och det är endast enstaka gånger satserna är inom det rekommenderade intervallet.
Det är många saker som påverkar slamavvattningen. Att förbättra processen kan bidra till en vinning både ekonomiskt samt miljömässigt. Det som framförallt kan påverka slamavvattningen är polymerdosering, blandningen av slam men också hur skruvpressarna styrs (Gustafsson 2019).
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00
[kgpolymer/tonTS]
Sats ny skruvpress
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00
[kgpolymer/tonTS]
Sats äldre skruvpress
16
4. Metod
Data från Skoghalls slamavvattning samlades in från bruket. Processen analyserades med hjälp av materialbalanser och korrelationsanalys. Analyserna gjordes i Excel. Intervjuer genomfördes för att få information om processen och hur den styrs idag.
Följande antaganden har gjorts för analysen:
• En systemgräns sattes runt slamavvattningen.
• Slammet i förtjockaren antogs ha en uppehållstid på ungefär ett dygn innan det når skruvpressarna på grund av förtjockarens storlek, detta påverkar bland annat torrhalten för bioslam (ACO 2) och blandslamsflödet.
• Resterande uppehållstider antogs försumbara vid beräkning av dygnsmedelvärden, då de var relativt korta.
• Sluttorrhalten är den faktor som bedömer om slammet är tillräckligt torrt för att kunna brännas.
• Flödet till silbandspressen har inte tagits med i beräkningarna på grund av att det har bedömts som relativt litet och inte påverkat så mycket, se bilaga 1.
• Det finns en korrelation när korrelationsfaktorn har ett värde nära 0,3 eller högre samt -0,3 och lägre.
4.1. Insamling av data
Data för slamavvattningsprocessen samlades in från Stora Enso Skoghall från perioden 15.12.2017 – 27.02.2019. Acosense bidrog med mätdata från Acospectorerna, där en fokusperiod togs ut på två månader där det var normaldrift, perioden var mellan 01.04.2018 – 31.05.2018. Vilka parametrar som har studerats visas i bilaga 1. Eftersom det är en komplicerad process där många mätinstrument finns tillgängliga och flera olika körtekniker kan tillämpas där vattnet kan ledas åt olika håll, användes flödesscheman och processbilder för att få en relevant överblick över processen. Vilket kan ses i bilaga 1, detta gjorde det även möjligt att bedöma vilken data som var relevant till studien.
Mätdata från Acospectorerna var tagna i genomsnitt tre gånger i minuten varje dag. Data från Skoghall var i dygnsgenomsnitt så för att kunna jämföra dessa behövdes Acosense-värdena göras om till medelvärden. Detta gjordes i Excel. Från de olika parametrarna räknades även minsta, största och medelvärdet ut.
ACO 0 installerades under 2016 och de övriga Acospectorerna under 2017. Samtliga modeller har setts över och uppdaterats i samband med det här arbetet av Acosense. För ACO 0 har två modelluppdateringar gjorts sedan installationen, ACO 1 har fem uppdateringar, för ACO 2 har det gjorts sex uppdateringar, ACO 3 har sex uppdateringar och för ACO 4 har det gjorts fem uppdateringar sedan installationen. ACO 2 har varit den svåraste att skapa en modell för vilket kan bland annat bero på ett inhomogent flöde, därför har labb-värden använts istället i det här arbetet. Acosense har kontakt med personalen på labb och jobbar kontinuerligt för att uppnå ett bra resultat och uppdaterar modellerna ifall värdena börjar avvika. För varje uppdatering finns det mer underlag vilket gör modellerna säkrare. Acosense använder Principal component analysis (PCA) och Partial least-squares (PLS) regression för att analysera data (Holmberg 2019).
17
Ungefär en gång i veckan görs manuella provtagningar på samma mätpositioner som Acospectorerna. När proverna tas ut skickas en signal till Acosense som registrerar torrhalten vid den tidpunkten. För att få ut torrhalten på proverna vägs slammet innan det får stå i en ugn på 105 ℃ i ungefär ett dygn, sedan mäts vikten igen. Förhållandet mellan det torkade slammet och det blöta ger torrhalten. Sedan kan det manuella värdet jämföras mot Acosense-värdet vid samma tidpunkt (Jonsson 2019).
För att få reda på hur bra Acospectorerna mäter torrhalterna jämfördes dessa värden mot laborationsmätningar, under fokusperioden mellan april och maj 2018.
4.2. Materialbalans
En materialbalans för april och maj gjordes där medelvärden för hela perioden användes. Slam och flöden in och ut jämfördes för sedimenteringsbassängerna, förtjockaren, slamtanken samt skruvpressarna. För att beräkna slammängden användes ekvation [1].
𝑆𝑙𝑎𝑚𝑓𝑙ö𝑑𝑒 [𝑚ℎ3] = 𝐹𝑙ö𝑑𝑒[𝑚ℎ3] ∙ 𝑇𝑜𝑟𝑟ℎ𝑎𝑙𝑡[%] [1]
Efter skruvpressarna mäts mängden slam i enheten kg/h, för att kunna jämföra det värdet mot flödet innan skruvpressarna antogs att 1 kg/h = 0,001 m3/h. Ekvation [2] användes för att räkna ut rejektvattnet som separeras från slammet i skruvpressarna. Vilket illustreras i figur 12.
𝑅𝑒𝑗𝑒𝑘𝑡𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 = 𝐹𝑙ö𝑑𝑒𝑖𝑛− 𝐹𝑙ö𝑑𝑒𝑢𝑡 [2]
4.3. Polymerdosering
För att se vilken slamtyp som skulle vara det mest relevanta att polymerdosera efter jämfördes torrhalterna från Acospectorerna med den nuvarande polymerdoseringen samt sluttorrhalten för att upptäcka eventuella samband. Genom att polymerdosera med hjälp av en Acospector skulle doseringen kunna ändras från hur den ser ut idag. För att få en uppfattning om hur konsekvenser skulle bli togs ett samband att dosera efter fram, genom att använda uppmätta värden från processen på torrhalt, flöde, polymerdosering och sats. För att få en så relevant ekvation som möjligt användes data från hela perioden mellan 15.12.2017 – 27.02.2019 och värden där exempelvis polymerdoseringen visades som negativa togs bort. Densiteten för slam antogs vara 1 ton/m3. Från ekvation [3] kunde en koncentration för polymer (Cpolymer) räknas ut som blev
Figur 12 Visar sambandet mellan flödet in, flödet ut och rejektvattnet från pressarna.
18
cirka 4,18 kg/m3. All data var uppmätt från processen men data från ACO 0 kom från Acosense och resterande data från Stora Enso Skoghall. För att få polymerdosering och flöde i samma enhet användes 1 l/min = 0,06 m3/h.
𝑆𝑎𝑡𝑠 [𝑘𝑔𝑡𝑜𝑛𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟
𝑇𝑆 ] =𝑃𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠[𝑚𝑖𝑛𝑙 ∙0,06𝑚𝑖𝑛∙𝑚3𝑙∙ℎ ]∙𝐶𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟[𝑚3𝑘𝑔]
𝑆𝑙𝑎𝑚𝑓𝑙ö𝑑𝑒[𝑚3ℎ ∙%𝐴𝐶𝑂 0]∙𝜌𝑠𝑙𝑎𝑚[𝑡𝑜𝑛𝑚3] [3]
För att få ut polymerdoseringen utifrån torrhalten uppmätt från en Acospector, flödet samt med en bestämd sats användes ekvation [4]. Där även kvoten från det slam som valdes att dosera efter togs med.
𝑃𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠 [𝑚𝑖𝑛𝑙 ] = 𝑆𝑎𝑡𝑠[
𝑘𝑔𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟
𝑡𝑜𝑛𝑇𝑆 ]∙ 𝑆𝑙𝑎𝑚𝑓𝑙ö𝑑𝑒[𝑚3ℎ∙%𝐴𝐶𝑂 𝑍∙%𝑠𝑙𝑎𝑚𝑘𝑣𝑜𝑡]∙𝜌𝑠𝑙𝑎𝑚[𝑡𝑜𝑛𝑚3] 𝐶𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟[𝑚3𝑘𝑔]∙0,06[𝑚𝑖𝑛∙𝑚3𝑙∙ℎ ] [4]
Kostnaden för polymerer var ungefär 2000 - 2500 Euro/ton och årligen förbrukas ungefär 123,9 ton polymerer för doseringen till skruvpressarna (Gustafsson 2019). En koncentration räknades ut genom ta årsförbrukningen av polymerer i vikt genom den totala doseringen över ett år.
Koncentrationen räknades ut till 4,19 kg/m3, vilket överensstämmer med den uträknade koncentrationen ovan. Koncentrationen användes för att beräkna den sparade kostnaden för polymerdosering.
4.4. Korrelationsanalys
För att undersöka sambandet mellan två parametrar användes korrelationsanalys.
Korrelationskoefficienten kan räknas ut genom att ta ut kovariansen mellan två serier enligt ekvation [5]. Där E är sannolikheten att händelse 1 inträffar och 𝜇 är det förväntade värdet för X respektive Y.
𝐶𝑂𝑉(𝑋, 𝑌) = 𝐸[(𝑋 − 𝜇𝑥)(𝑌 − 𝜇𝑦)] [5]
Korrelationskoefficienten kan sedan räknas ut genom att ta kovariansen genom standardavvikelserna för X respektive Y, se ekvation [6]. Korrelationskoefficienten kan anta ett värde mellan −1 ≤ 𝜌𝑥𝑦 ≤ 1. När den är nära 1 eller – 1 finns det en tydlig korrelation mellan serierna och om värdet blir 0 så finns ingen korrelation.
𝜌𝑥𝑦 =𝐷(𝑋)∙𝐷(𝑌)𝐶𝑂𝑉(𝑋,𝑌) [6]
För att validera om korrelationen är pålitlig och ifall systemet kan betraktas utifrån ett statiskt perspektiv togs även korrelationen för en dag innan och efter ut för att se hur resultatet ändras vid en tidsförskjutning.
Sluttorrhalterna jämfördes mot slamkvoterna för fiber-, CTMP- och blandslam (från förtjockaren). Som tillsammans bildar blandslammet innan skruvpressarna. Samt mot slamnivån i skruvpressarna, varvtalen och momenten.
19
5. Resultat
5.1. Jämförelse mellan Acosense-värden och labbvärden
Figur 13a) och 13b) jämför de uppmätta torrhalterna från labb och ACO 0 (blandslam efter slamtank B160). Torrhalterna har en korrelationskoefficient på 0,29, trendlinjen i figur 13b) störs av en mätpunkt (0,82;1,58) som är avvikande. Figur 13a) visar att de uppmätta torrhalterna följer varandra, förutom vid den avvikande punkten den 30:e maj 2018.
Figur 14a) och 14b) visar skillnaden på uppmätta torrhalter mellan labbdata och ACO 1, vilket är fiberslam efter bassäng 3. Värdena har en korrelationskoefficient på 0,78 och figur 14b) har en trendlinje som visar på en stark korrelation. Figurerna visar att torrhalterna följer varandra med en viss variation vid vissa mätpunkter.
Figur 15a) och 15b) jämför torrhalterna mellan labb och ACO 2, vilket är bioslam från den luftade dammen. Torrhalterna har en korrelationskoefficient på 0,67. Figurerna visar att torrhaltera följer varandra ganska bra men har något utstickande värde.
0.5 1 1.5 2 2.5
0.50 1.50 2.50
ACO 0 [%]
Labbdata [%]
ACO 0
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
Torrhalt [%]
Jämförelse mellan ACO 0 och labbdata
Labbdata ACO 0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 1 2 3
ACO 1 [%]
Labbdata [%]
ACO 1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Torrhalt [%]
Jämförelse mellan ACO 1 och labbdata
Labbdata ACO 1
Figur 13a) visar hur labbdata och värden uppmätta från ACO 0 varierar under april och maj 2018 13b) beskriver de uppmätta torrhalterna från samma tidpunkt.
Figur 14a) visar hur labbdata och värden uppmätta från ACO 1 varierar under april och maj 2018 14b) beskriver de uppmätta torrhalterna från samma tidpunkt.
20
Figur 16a) och 16b) jämför torrhalterna mellan labbvärden och ACO 3, vilket är CTMP-slam från bassäng 4. Torrhalterna har en korrelationskoefficient på 0,63. Torrhalterna följer varandra relativt bra men har en tydligt avvikande punkt den 31:a maj 2018.
Figur 17a) och 17b) jämför torrhalterna från labb och ACO 4 som är uppmätta från blandslammet efter förtjockaren B540. Torrhalterna har en korrelationskoefficient på 0,86.
Utifrån figurerna följer torrhalterna varandra.
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0.50 1.50 2.50 3.50
ACO 2 [%]
Labbdata [%]
ACO 2
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
Torrhalt [%]
Jämförelse mellan ACO 2 och labbdata
Labbdata ACO 2
Figur 15a) visar hur labbdata och värden uppmätta från ACO 2 varierar under april och maj 2018 15b) beskriver de uppmätta torrhalterna från samma tidpunkt.
Figur 16a) visar hur labbdata och värden uppmätta från ACO 3 varierar under april och maj 2018 16b) beskriver de uppmätta torrhalterna från samma tidpunkt.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Torrhalt [%]
Jämförelse mellan ACO 3 och labbdata
Labbdata ACO 3
0 1 2 3 4 5 6
0.00 2.00 4.00 6.00
ACO 3 [%]
Labbdata [%]
ACO 3
21
I alla jämförelser mellan Acospectorerna och labbdata så följer kurvorna varandra relativt bra.
De upptäcker när torrhalten ökar eller minskar, men i vissa punkter finns det en viss skillnad mellan de uppmätta värdena och vissa avvikande värden förekommer som påverkar korrelationskoefficienten. ACO 4 har den högsta korrelationskoefficienten och visar på att vara den Acospectoren med bäst modell.
5.2. Vilken slamtyp är bäst att polymerdosera efter?
I figur 18a) och 18b) jämförs torrhalten uppmätt av ACO 0 för blandslammet mot torrhalterna efter skruvpressarna samt den nuvarande polymerdoseringen. Det tenderar att finnas samband att en hög torrhalt på ACO 0 kan bidra till en högre sluttorrhalt och en lägre polymerdosering under vissa dagar, men det är inte konsekvent under hela perioden.
0 0.5 1 1.5 2
Torrhalt [%]
Jämförelse mellan ACO 4 och labbdata
Labbdata ACO 4
1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00
1 1.5 2
ACO 4 [%]
Labbdata [%]
ACO 4
Figur 17a) visar hur labbdata och värden uppmätta från ACO 4 varierar under april och maj 2018 17b) beskriver de uppmätta torrhalterna från samma tidpunkt.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
4/1/2018 5/1/2018
ACO 0 [%]
Skruvpressar [%]
Skruvpressar & ACO 0
Ny skruvpress Äldre skruvpress ACO 0
Figur 18a) Visar torrhalten för blandslammet uppmätt av ACO 0 jämfört mot skruvpressarnas sluttorrhalt och 18b) jämför ACO 0 mot polymerdoseringen.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
4/1/2018 5/1/2018
ACO 0 [%]
Polymerdosering [l/min]
Polymerdosering & ACO 0
Polymerdosering innan ny skruvpress Polymerdosering innan äldre skruvpress ACO 0
22
Figur 19a) och 19b) jämför torrhalten uppmätt av ACO 1 på fiberslammet mot sluttorrhalterna och den nuvarande polymerdoseringen. Inga tydliga samband syns mot sluttorrhalterna i figur 19a). I jämförelse mot polymerdoseringen tycks torrhalten i vissa fall följa polymerdoseringen men i andra fall blir den tvärtom, speciellt under maj månad som kan ses i figur 19b).
I figur 20a) och 20b) jämförs den uppmätta torrhalten för bioslam av labb mot sluttorrhalterna och den nuvarande polymerdoseringen innan skruvpressarna. Torrhalterna efter skruvpressarna och på bioslammet tycks följa varandra, speciellt under den första halvan av perioden.
Polymerdoseringen visar också på ett samband men även den endast under den första halvan av perioden.
I figur 21a) och 21b) jämförs torrhalten på CTMP-slammet uppmätt av ACO 3 mot torrhalten uppmätt efter skruvpressarna och polymerdoseringen. Inga tydliga samband har upptäckts från någon av figurerna.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
4/1/2018 5/1/2018
ACO 1 [%]
Skruvpressar [%]
Skruvpressar & ACO 1
Ny skruvpress Äldre skruvpress ACO 1
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
0 10 20 30 40 50 60
4/4/2018 5/4/2018
Bioslam torrhalt [%]
Sluttorrhalt [%]
Skruvpressar & bioslam
Ny skruvpress Äldre skruvpress Labbdata bioslam
Figur 19a) Visar torrhalten för fiberslammet uppmätt av ACO 1 jämfört mot skruvpressarnas sluttorrhalt och 19b) jämför ACO 1 mot polymerdoseringen.
Figur 20a) Visar torrhalten för bioslammet uppmätt av labb jämfört mot skruvpressarnas sluttorrhalt och 20b) jämför bioslammet mot polymerdoseringen.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
4/1/2018 5/1/2018
ACO 1 [%]
Polymerdosering [l/min]
Polymerdosering & ACO 1
Polymerdosering innan ny skruvpress Polymerdosering innan äldre skruvpress ACO 1
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
0 10 20 30 40 50
4/4/2018 5/4/2018
Bioslam torrhalt [%]
Sluttorrhalt [%]
Polymerdosering
Polymerdosering innan ny skruvpress Polymerdosering innan äldre skruvpress Labbdata bioslam
