1983:017 E
STROI~iN/NGSfORH~LLANDEN OCH A VSA TTN/NGS- PROBLEM / BASSAN~EN fOR KEM/SK fALLN/NG
V/D UDDEBO RE/VINGS VERK
HAKAN ERIKSSON
.• o
~~
HOGSKOLAN I LULEI~
BIBLIOTEKET
~ C~
' by~
X 30445
byggnadsteknisk linje, teknisk miljovard, vid hogskolan i Luleae
Examensarbetets syfte har varit att ge forslag pa at- garder som forbattrar flockningsbassangen for kemisk fallning vid Lulea kommuns avloppsreningsverk: i Uddeboe
A rbetet har utforts under tiden dec. 82 - mars X33. Jag vill rikta ett varmt tack till min handiedare vid hogskolan Claes Hernebring saint personalen vid Uddebo for den hjalp jag fatt under arbetets genomforande.
Lulea 1983-03-28 Hakan Erikson
~e.~l~/1
~~ , {
41..E ~ r',`"
~'~~~1i) ~C.~..
Innehallsfortecknin~
sid
1 a Inledning 1
2. Sammanfattning ~ 2
3. Beskrivning av reningsverket 3
4. Flockningsbassang 6
5. Pilotanlaggning g
5a10 Luftningsanordning 10
5e2o Propelleromrorare 10
5~3~ Grindomrorare 11
5.4e G-vardes bestamning 13
6. Uppehallstidsforsok 15
6 o1a Utforande 15
6a2a Analys av uppehallstidsforsok 17
7o Sedimenteringsforsok 1g
7010 Utforande 1g
8e Kalkslurryanalys 21
9 ~ Reningsforsok 23
901. Utforande 23
10. Slutsatser 25
1 1e Referenser 26
bil 1-2 Data avloppsreningsverk
bil 3-5 Data pa inkommande och utgaende vatten bil 6-10 Berakning av G-varden
bil 11-18 Uppehallstidsforsok pilotanlaggning bil 1g Sammanstallning av uppehallstidsforsok bil 20 Uppehallstidsforsok fullskala
bil 21-23 Sedimenteringsforsok bil 24 Siktkurva kalksand
bil 25 Principskiss kalkanlaggning bil 26-27 Reningsforsok
bil 28 Analysresultat av prover
gang fran mekanisk rening till kemisk fallning med kalk fatt problem med aysattningar i flockningsbassangeno Desna aysattningar ar sa stora att man ar tvungen att stanga av bassangen tva ganger per ar for att kunna to bort aysatt~
ningarnao Under denna tid leds avloppsvattnet orenat ut i Lule alvo
Examensarbetet innefattar studier av problemet i en pilot anlaggning a en modell av flockningsbassangen - for att kunna ge forslag pa atgarder som kan forbattra anlaggningen.
I rapporten ingar aven en allman beskrivning av reningsverkete
2 2. Sammanfattnin~
For att kunna studera problemet med aysattningar i flock- ningsbassangen utfordes forsok i en pilotanlaggning, en modell av flockningsbassangen i skala 1:100 De olika for- sok som utfordes var uppehallstidsforsok, sedimenterings- forsok och reningsforsok. Forsoken utfordes med olika om- rorare, luftinblasning, propelleromrorare och grindomrorare saint med olika bassangutformningar och flodene
Resultaten visar att grindomrorarna ar effektivast for att forhindra aysattningar. Grindomrorarna gav aven battre rening av avloppsvattnet jamfort med luftinblasning som ar den befintliga anordningen for omblandningo Det gar dock ej att dra nagra omfattande slutsatser av detta da reningsPor- soket var ett enstaka forsok.
A ven kalkslurryn som doseras i flockningsbassangen analys~
erades. Resultatet av denna analys visar att kalkslurryn innehaller mycket partiklar, kalksand. Partiklarna aysatts fonmodligen direkt eller binds med fibrer som da blir sa tunga att de aysatts i flockningsbassangen.
De atgarder som jag foreslar, for att ~osa:pro~lemet med aysattningar ar att ersatta luftinblasningen med tre grind- omrorare saint att ayskilja de fasta partiklarna i kalkslurryn finnan den doseras i flockningsbassangen. Dessa tva atgarder bor belt eliminera eller aysevart minska aysattningarna i flock- ningsbassangeno
mekanisk rening. En utbyggnad av verket gjordes 1973 dels for att fa hogre kapacitet och dels for fosforreduktion genom direktfallning med kalk.
Den nuvarande reningsprocessen framgar av fig. 3.1. Avlopps~
vattnet, ca. 30000 m3/dygn grovrenas forst genom ett maskin- rensat galley varvid stora fasta och flytande partiklar av- lagsnase Vattnet leds sedan vidare till ett luftat sandfang day sand, grus, kaffesump mm. ayskiljs. Luftningen anvands
for att halla de organiska materialet i avloppsvattnet flytandeo Fran sandfanget leds vattnet in i flockningsbassangen day kalk tillsatts som fallningsmedel. I denna bassang tillampas luft- inblasning dels for att skapa turbulens for kalkinblandningen och dels for omrorning for flockuppbyggnad. Fran flocknings- bassangen leds vattnet i en fordelningskanal till de toly sedimenteringsbassangerna day flockarna skall ayskiljas. Man kan reglera alit efter behov , onskat antal sedimenterings-
bassanger. Fran sedimenteringsbassangerna leds det renade vattnet via en utloppsranna ut i recipienten Lule alv.
Gallerrenset, mest papper och plast, forbranns i sopfor- branningsanlaggningen som ligger i anslutning till avlopps- reningsverketo
Det ayskiljda materialet i sandfanget skrapas med ett skrap- spel till en ficka vid bassangens inlopp. Fran fickan pumpas vatten-sand blandningen till tva torkbaddar day vattnet av- skiljs och leds tillbaks till sandfanget. Den avvattnade sanden fran torkbaddarna kors sedan pa tipp e
RENSGALLER
/~/
SANDAUVATTI`1ING
FLOCKP~IINGSBASSAPdG
., _ - ~ .
LUFTITdBLr~,SP1IPIG
LULE :4LV
SLAI~9UPPLAG
CEPITRII'UG SANDFANG SKRAPSPEL
SKRAPSPEL SEDI:~9ENTERIi;GSBASSANGER
~s
BOTTEIISLAI~I
SLAI~IFCRTJOCKARE
~.~
I sedimenteringsbassangerna finns skrapspel som skrapar bottenslammet till en ficka vid inloppet och ytslammet till en ranna. Bottenslammet och ytslammet samlas i en pumpgrop och pampas sedan till en slamfortjockare. Efter fortjockning konditioneras slammet finnan centrifugeringe Slammet anvands sedan som matjord efter tillsats av tory och sand°
Data fran reningsverket redovisas i bilaga 1 och 2 och en sammanstallning av analyser pa inkommande och utgaende vatten redovisas i bilaga 3-50
4. Flocknin~sbassan~
Flockningsbassangen anvands for uppby~gnaden av flockar som bildats genom tillsats av kalkslurry. Genom denna kemiska fall ning sa renas vattnet fran framforallt fosforforeningar men aven en del tungmetaller och kolloidala fororeningar reducerase
De huvudsakliga reaktioner som sker vid kalktillsats i alkalisl<
miljo (pH~11) ar foljande:
Fosfor falls ut och bildar kalciumhydroxylapatite
5 Cat++ 3 H2PO~m + 7 OH~ ~ Ca50H(P0~)3 + 6 H2O
Forutom fosforutfallning sker en reaktion mellan kalcium~
och bikarbonatjoner och aven kalciumkarbonat falls ut.
Cat+ + HCp3~ + OHs —3 CaCO3 + H2O
Kalciumkarbonaten har betydelse for partiklarnas sjunkegenskaper.
Den optimala karbonatutfallningen sker vid pH >10.5.
Vid hoga pH-varden >11 sa sker aven en utfallning av magnesium som hydroxid.
Mgt+ + 2 OH -~ Mg(OH)2
Magnesiumhydroxiden ar gelatinos och bidrar i hog grad till en effektiv utflockning av fororeningar.
Flockningsbassangen vid reningsverket byggdes fran borjan for att anvandas som luftningsbassang da man enbart bade mekanisk rening. I~Iar man overgick till kemisk fallning sa fick bassangen bli en flockningsbassang. Bassangen linger i bredd med sand- fanget och har langden 28.4 m, bredden 4.03 m ocn ett vatten- djup pa 4.5 m. Vattenytan Jigger 0.4 m under bassangens over- kant. Bassangens tvarprofil ser ut enligt fig. ~.1e
4.00
~ .~
+ 208 `'
5 ut to f`''
v ~~~~-
+ 2.25 inlopp
+ 1e35
— luftror (ej skalenligt) 0
a 0 n 0
0.90
Fig.4 .1 Tvarsnitt flockningsbassang sl<ala 1:50
Botten pa flockningsbassangen ar vinklad for att fa vattnet att cirkulera venom luftinblasningen.
Bassangens volym ar ca. 540 m3. Flodet genom renin~sverket varierar stort under dygnet och lig~er under ett varda~sdy~n mellan 260 m3/h och 2900 m3/h. Dessa floden motsvaras av uppe- hallstider pa 1.5-0.19 h i flockningsbassangen.
Kalkslurrydoseringen styrs med en pH-meter som sitter i mitten pa flockningsbassangen. I bassangen h~:lls ett pH- varde mellan 11 och 12.
E:l
For omblandning, cirkulation och for bildandet av flockar anvands luftinblasning venom 23 luftror langs bassangene Luftroren mynnar ut ca 0.3 m fran botten. Luftmangd~n for varje ror kan regleras med en ventil. Luften kommer fran tre blasmaskiner (kompressorer). Luftmangden som blases in i bassangen mats ej, varfor denna endast kan uppskattas.
Under normala forhallanden kors tva av tre blusmaskinere Varje blasmaskin har en angiven maximal kapacitet av 53~
m3luft/he Blasmaskinerna ar parallellkopplade och luften anvands forutom i flockningsbassangen, i sandfang och form delningskanal.
Blasmaskinerna dries med elmotorer och effekten kan regleras mellan 15 och 9.5 kW. Med en driftstid pa 8700 h/ar och ett elpris pa 15.37 ore/kWh (i februari 83) sa ligger energikost- naden for den totala luftinblasningen mellan 40100 kr/ar (for 15 k6d) och 2500 kr/ar (for 9.5 k~r>,
ningsbassangen pa ett mer kontrollerat Batt byggdes en pilot anlaggning som ar en modell av flockningsbassangen i skala 1e 10o Se fig. 5.10
', ; ~,
Fig. 5.1 Pilotanlaggning med luftningsanordning.
Till pilotanlaggningen gjordes en luftningsanordning. En elmotor inforskaffades for att driva propeller- och grind- omroraree
For studier av stromningsbilden tillverkades tva mellan- vaggar sa att bassangen kunde delas upp i tre fack. Mellan- vaggarnas hojd var 0.34 m vilket innebar 0.08 m till vatten- ytan dar vattnet kunde passera. Detta skulle motsvara 0.80 m i den riktiga bassangen.
Vid inlopp och utlopp byggdes inlopps- och utloppsl~dore
10
hlodellen utrustades aven med en sedimenteringsbassang som av praktiska skal ej overensstammer skalenligt med de riktiga sedimenteringsbassangerna. Syftet med en sedimenteringsbassang var att fa en bild av hela kemiska reningsste~et och aven att fa en jamforelse mellan olika omrorare med ayseende pa renings- effekt o
Pa grand av problemet med att fa kalkdoseringen att fungera i en sadan liten Skala, doseringsmangd ~g cl/min, tillfordes kalkslurryn till en kink varifran den sedan doserades i basin sangen med en doseringspump. Detta gjorde att doseringen ej overensstammer belt med doseringen i riktiga bassangene ~xempel- vis sedimenterar kalkslurryns tunga partiklar i hinken och kom~
mer darfor aldrig att tillforas till bassangen.
5.1~ Luftnin~sanordnin~
Luftningsanordningen tillverkades av kopparror i vilka hal borrades for luftutslappen. Luftmangden re~lerades med skruv- klammor pa slangarna, se fig. 5.1. Problemet med luftinblas- ningen var att det ej fanns na.~on luftmangdsmatning vare Sig i fullskalebassan~en eller i pilotanlaggningen. Detta gjorde det svart att stalla in luftmangden sa att den overensstammer skalenligt med den i fullskalebassangen. Installningen av luft- mangden gjordes sa att "bubblingen" i vattenytan liknade den i fullskalebassangen sa mycket som mojligt.
5~2. Pr~elleromrorare
Propelleromrorarna ser ut enligt figo 5.2. Propellrarna har en diameter pa Oo26 m och var fran borjan dimensionerade for att anvandas vid polymerinblandningen av SCABA Blandningstekniko
Nar det bestamdes att propelleromrorarna skulle provas i pilotanlaggningen sa beraknade SCABA vid vilka varvtal propel- lrarna skulle koras. Det fanns tva varvtalsalternativ dels
~5-37e21 vary/min och dels 42-28-21 varv/min, i ordning fran inlopp till utlopp. Med dessa varvtal fas foljande periferi- hastigheter: antal varv/min x propellerns omkrets = hastighet 45 varv/min: 45 x 0.82 = 36,9 m/mir. ~= 0.62 m/s
42 varv/min: 42 x 0.82 = 3~+•~ m/min = 0.57 m/s 37 varv/min: 37 x Oe82 = 30.3 m/min = 0.51 m/s 28 vary/min: 28 x 0.82 = 23.0 m/min = 0.38 m/s 21 vary/min: 21 x o.82 = 17.2 m/min = 0.29 m/s
5_3~ Grindomrorare
Grindomrorarna ar dimensionerade enligt foljande principer;
Paddelarean-~-20io av bassangens tvarsnittsarea Paddeldiametern ar 0.8 x bassangbredden
Fig. 5.2 Propelleromrorare
12
Pilotanla~gningens tvarsnittsarea = 0.16g m2 Paddelarean'= 0.2 x 0.168 m2 - 0.0338 m2 Pilotanlaggningens bredd = 0.42 m
Paddeldiametern = 0.8 x 0.42 m = Oe336 m
Detta ger med en vald paddelhojd = 0.265 m grindomrorarna ett utseende enligt figs 5~3 och 5~~0
Fi~o 5.3 Tvarprofil av pilotanlaggning med grindomrorare
De varvtal som grindomrorarna kordes pa var 33-28-21 varv/minx Pied dessa varvtal fas foljande periferihastigheter:
antal/vary x grindomrorarens omkrets = hastighet 33 varv/min: 33 x 1.06 = 35 m/min = 0.58 m/s 28 varv/min: 28 x 1.06 = 2g .7 m/min = 0.49 m/s 21 varv/min: 21 x 1°06 - 22.3 m/min = Oe37 m/s
Figa 5.4 Grindomrorare
5.4_ G-vardes bestamnin~
For de olika omrorarna kan man berakna ett s.k. G-varde dar G =~ (Camp, 1955). W ar effekten per volymsenhet och ~a ar viskositeten.
G-vardet ar en approximation pa hastighets~radienten i vattnet som i sin tur ar ett matt pa sannolikheten for partikelsamman- slagning och darmed flocktillvaxt. Ju storre G-varde desto storre ar flockningshastigheten. Pa grand av flockarnas hallfasthet ar dock tillvaxten begransad och mot varje G-varde svarar da en maximal flockstorlek.
1~
Ett problem med G~vardet ar att man inte kan jamfora det mellan olika typer av omrorare da hastighetsgradientsfor- delningen i en bassang kan vara helt olika for olika omror- are med samma G-vardeo
G-vardet for luftinblasningen har utraknats for fullskale- bassangen eftersom det finns ett ungefarligt matt pa luft~
mangden som inblases dar. G-vardet for propeller- och grind- omrorare har beraknats for pilotanlaggningen. Berakningarna redovisas i bilaga 6m10 a En sammanstallning av G-vardena redovisas nedane
G Luf'tinblasning i fullskalebassangen 85 s_~
Grindomrorare i pilotanlag~ning
33 varv/min 58 s-~
28 varv/min ~5 s-1
21 vary/min 30 s
Propelleromrorare i pilotanlaggning
~5 varv/min 22 s-~
37 varv/min 17 s-~
21 varv/min 7 s-~
Observera att G-vardena ej kan jamforas direkt mellan olika omrorare utan endast ungefarliga storleksordningen.
For att fa en bild av strom~ingsmonstret och uppehallstids- fordelningen for de olika bassan~utformnin~arna gjordes uppe-
hallstidsforsoke
6.1. Utforande
Flodet genom bassangen stalldes in med rent vatteno Forsoken utfordes dels med ett flode pa 1.25 m3/h (motsvarar Q-medel) och dels med ett flode pa 2.0 m3/h (motsvarar NQ-dim)e Da luft- inblasningen anvandes for omrorningen justerades luftmangden till en "bubbling" i ytan som liknar den i fullskalebassangena Da grind- eller propelleromrorarna anvandes sa installdes dessa
pa na~;c~n_ av .de tillgangliga varvtalen.
5 ml rhodamine (4.106 ppb) doseras i inloppet till bassangene Vid bassangens utlopp tas ett delflode ut och passerar genorn en fluorometer som registrerar rhodaminekoncentrationen (c) pa en skrivare. Forsoket far sedan fort~a tills koncentrationen titer ar nere pa 0-vardet (startvardet). Totalt utfordes 16 olika forsok med olika bassangutformningar dvs. olikaomrorare, med och utan mellanvaggar amt med flodena 1.25 m3/h och 2.0 m3/h.
Skrivaren registrerar rhodaminekoncentrationen som funktion av tiden enligt fig. 6.1
t
Fig 601 Rhodaminekoncentrationen som funktion av tiden
16
Uppehallstidsfordelningen for de 16 forsoken redovisas i bilaga 11-18 e Kurvorna visar forhallandet mellan c/ep och t/t~ enligt fig. 6.2 dar c ar sparamneskoncentrationen, c~
ar den koncentration som fas vid jamn inblandning av doseringsm mangden i bassangens volym, t ar den uppmatta tiden och to ar den teoretiska uppehallstiden (=.volym/flode)o
c/ c~
t/t~
Fig. 6.2 c/c~ som funktion av t/t0
c~ bestamdes genom att fylla bassangen med vatten till ratt niva. Inget inlopps- eller utloppsflode forekom. 5 ml rhodamine doserades i bassangen och darefter blandades vattnet belt i bassangen. Rhodaminekoncetrationen registrerades sedan med fluar~~vme.tern vilket gav c~= 40`/~ , vid det aktuella skalomradet.
Ett uppehallstidsforsok utfordes aven i fullskalebassangen.
Utvarderingen orsakar emellertid probleM pa grund av flodes- variationen under forsoket (1200 - 2070 m3/h). Forsoket redo- visas i bilaga 20 med c som funktion av t da c~ ej var mojlig att bestamma praktiskto
For att kunna dra nagra slutsatser angaende uppehallstids- forsoken analyseras kurvorna enligt Villemonte 9 se fi~o 6o3a
c/ c~,
~~ Tp Tt
Fige 603 Impulsfunktion med relativa tidsvarden enligt Villein monte
Ti- mater kortslutning, den relativa tid det tar tills relativa kocentrationen ar 10°~ av maxvardet. 1.0 for ideal sedimen~-
Bring, 0 for ideal omblandning
Tp- mater inaktiva zoner, den relativa tid vid vilken koncentra- tionen nar maxvardet. 1.0 for ideal sedimentering, 0 for ideal omblandning.
T~~ kurvans spridning vid ha~va maxvardet, ar relaterad till virveldiffusionen orsakad av turbulens. 0.7 vid ideal omblandning.
Tb- mats vid en tiondel av maxvardet, ar relaterad till stora cirkulationsstrommar. 2.3 vid ideal omblandning.
Tt- den relativa tid da relativa koncentrationen titer ar nere pa 10% av maxvardet.
Te= (Tt-Tp) - (Tp-Ti) - mater excentriciteten hos kurvan och ar en funktion av recirkulationen. 0 for ideal sedimenter- ing, 2e3 for ideal omblandning.
Desna relativa tidsvarden kan jamforas mellan olika bassang~
utformningar och i detta fall jamfors vardena med de ideala vardena for omblandning.
De olika forsok dar vardena limier narmast de for ideal om- blandning ar forsok 1 for luftinblasning, forsok 5 for propeller omrorarna och forsok 13 for grindomrorarna, se bilaga Igo Om dessa forsok jamfors med varandra sa ser man att grindomrorarna
Jigger narmast de ideala vardena utom da det galley Tb (som ar relaterad till stora cirkulationsstrommar) day vardet for luftm inblasningen Jigger exakt pa det ideala. Vid dessa tre forsok
hay f'lodet varit 1.25 m3/h. Vid flodet 2.0 m3/h, dvsa forsok 2, 6 och 14 erhalls varden som Jigger langre ifran de ideala i alla tre fall~n;utom da~.det galley-T~ (,som ar relaterad till
virveldiffusionen orsakad av turbulens) day vardet for propeller- omrorarna istallet Jigger narmare det ideala. Grindomrorarna uppvisar dock den minsta forandringen av vardena.
Samm~anfattningsvis kan man dra den slutsatsen att grindom- rorarna ar effektivast ur omblandningssynpunkt.
For att fa en bild av var i bassangen man far aysattningar sa gjordes forsok att simulera sedimentering av tyngre partik- lare
Problemet har var att fa Ott material som varken var for tungt (for stor sedimentering) eller var for latt (ingen eller liten
sedimentering). Forsok gjordes med sand, kornstorlek 0.068 mm och med sand med annu mindre kornstorlek, men sandpartiklarna var for tunga och sedimenterade langs hela botten. Efter detta gjordes forsok med pappersfibrer men dessa var istallet for latta och sedimenterade darmed inte alls. Aven aysatt slam fran flockningsbassangen provades. Slammet rensades fran de storsta
"trasselbitarna" och doserades sedan i bassangen. Men aven detta fungerade daligt da kalksanden i slammet var for tong och sed- imenterade. Det som visade sig ge bast resultat var en tillfor- sel av avloppsvatten utan tillsats av n ot material. Detta gav aysattningar av finsand pa bassangens botten. De ovanstaende forsoken gjordes med ett flode pa 1.25 m3/h och i de forsta fallen anvandes rent Batten.
7.1_ Utforande
Bassangen fylls med rent vatten och nar ratt niva uppnatts ersatts det rena vattnet med avloppsvatten som pampas fran sandfanget. Uttaget fran sandfG.nget sker ca. 1 m under ytan vid inloppet till flockningsbassangen. Avloppsvattnet-far passera genom bassangen under en timme med ett flode pa 1.25 m3/h. Efter en timme ersatts avloppsvattnet med rent vatten med samma flode. Det rena vattnet far passera genom bassangen tills vattnet i denna har klarnat och man kan studera var i bassangen sedimentering har skett. Avsattningarna dokumenteras
~erom Ott bassangen avritas med aysattningar. . .
20
Sedimenteringsforsoken utfordes med luftinblasning, grind- omrorare och propelleromrorare, med och utan mellanvag~ar och med flodet 1.25 m3/h. Resultaten av forsoken redovisas i bilaga 21 -= 23 .
Grindomrorarna visade sig vara klart effektivast for att forhindra sedimenteringar. Bade med och utan mellanva~ar
erholls ingen eller mycket liten sedimenteringo
Med luftinblasning erholls nagot battre resultat med mellan~
vaggar an utan, vilket dock kan vara en tillfallighet da det ej gar att fa exakt samma mangd sedimenterbart material i de olika forsoken.
Ett forsok kordes med okad luftinblasning, betydligt mer an vad som motsvarar luftinblasningen i den riktiga flocknings- bassangen. Vid detta forsok minskade aysattningarna betydligt till endast lite finsand vid utloppet.
Samst i dessa forsok var propelleromrorarna som erholl unge- far Mika ~m~eke~ _s:~.d inenterat material -med bch u~an m~.11~n~,
vaggar. .
Att sedimentering av partiklar (finsand) sker da aulopps- vatten kors genom pilotanlaggningen tyder pa att sandfanget, varifran avloppsvattnet pampas, ej fungerar belt tillfreds- stallande. Den fr~imsta orsaken till detta anser jag vara det varierande flodet som darmed leder till varierande ytbelast- ning. Det bor dock Boras en narmare studie av sandfangets funktiona Om problemet ar flodesvariationen sa kan detta av-
hjalpas genom att ha tva parallella linjer eller flera kanaler parallellt ~som has i drift alltefter 'f ~odesvaria~ionen,.Detta skulle dock innebara en betydande ombyggnad av reningsverketo
For att se i vilken man kalkslurryn ar orsak till aysatt- hingarna i flockningsbassangen sa gjordes en analys av 50 1 kalkslurry som togs direkt fran doseringsslangen till flock- ningsbassangen, se fig. $.1.
Etter uttaget fick kalkslurryn sta sa att de tyngre partik- larna sedimenterade. Vattenfasen halldes sedan bort och kalk- sanden som bleu kvar torkades, vagdes och siktades. Siktkurvan redovisas i bilaga 24. Vikten av kalksanden var 81 g och 50 viktsprocent av detta bade en kornstorlek som oversteg 0.6 mm, 88 viktsprocent bade en kornstorlek som oversteg 0.15 mm vilket
ar ett normalt matt p~:~_den storsta partikel som far passera ett sandfang. Det fanns aven partiklar som var storre an 4 mm.
En viss del av kalksanden bestar av kalkpartiklar som mojligen kan losas upp men om man raknar med att hela mangden kalksand fran provtagningen sedimenterar i flockningsbassangen sa der det ett intressant resultato
Fig. 8.1 Kalkslurrydoseringen i flockningsbassangen
22
Kalkslurryflodet ar normalt ca. 500 1/h. Med 81 g partiklar per 50 1 kalkslurry erhalls 8075 kg kalksand/h och darmed ca.
76 ton kalksand/ara Om man antar en densitet hos kalksanden pa 206 kg/dm3 sa skulle den sedimenterade kalksanden uppta en volym av 2g m3/ar. Flockningsbassangens volym ar 540 m3 varfor cao 5% av flockningsbassangens volym, pa ett ar, skulle besta av kalksando
Vid uttag av prov pa sedimenterat slam vid flockningsbassangens utlopp bestod detta till en stor del av kalksand burden till
"trasselsuddar" av fibrero Detta far mig att antaga att kalk- sandpartiklarna byggs in i fiberaggregat vilka blir sa tunga att de sedimenterar finnan de lamnar flockningsbassangen.
For att komma tillratta med problemet med aysattningarna sa LYir storre partiklar ayskiljas fran kalkslurryn fore doseringen i flockningsbassangen.
Att min provtagning skulle vara en engangsforetelse pa grand av en tillfalligt dalig kalk ar ej troligt. Under de olika for- soken har vid ett flertal tillfallen kalkslurry tagits ut och vid dessa tillfallen har det alltid funnits kalksand i varier- ande mangder.
Principskiss over befintlig kalkdoseringsutrustning med slack- ring redovisas i bilaga 25-
For att fa mera verkli~hetsnara och driftsmassiga forhGll- anden och for att fa en jamforelse mellan luftinblasnin~ och grindomrorare sa utfordes tva forsok med kalkdoserin~ och eftersedimentering.
Sedimenteringsbassangen var av praktiska skal ej skalriktige Bassangen bestod av en cirkular behallare med diametern Oo51 m och djupet O.gO m, detta gav en horisontell yta pa 0.204 m2 och volymen 0.184 m3. Ytbelastningen i de riktiga sediment- eringsbassangerna ar 0.5 m3/m2h vid flodet 1250 m3/ho For att fa en ytbelastning i pilot-sedimenteringsbassangen som mot- svarar denna maste flodet vara 0.5 m3/m2h x 0.204 m = Oe102 m3/ho Uppehallstiden blir da 1.8 h.
g.1. Utforande
Bassangen fylldes med ~ rent.:vatt~en crch:::ersa.ttes sedan med av- loppsvatten som pampas fran sandfanget. Flodet stalldes in pa 1.25 m3/h. Kalkslurrydoseringen var ca. g cl/min och styrdes med en pH-meter i bassangens mitt. Ett pH-varde mellan 11 och 12 forsokte hallas i bassangen. Ett delflode pa ca. 0.102 m3/h togs ut fran utloppet och leddes till sed- imenteringsbassangen. De tva forsoken med luftinblasning respektive grindomrorare kordes under ca. 6.5 h varefter av- loppsvattnet ersattes med rent vatten under ca. 1 h for att aysattningar aven har skulle kunna studeras.
Under forsoken togs varje timme delprov pa inkonunande och utgaende vatten. Vid varje provtagning registrerades temp, pH och grumlighet (FTU)o Totalt bleu det ca. 0.6 1 inkommande och utgande vattenprover som sedan analyserades med ayseende pa COD, PO~mP och tot-Pe
24
Under forsoken registrerades aven temp och pH i bassangen for varje timmee En sammanstallning av forsoken och analys- erna redovisas i bilaga 26-28 .
Analyserna visar att reduktionerna for de ofiltrerade proven erna, med ayseende pa COD, P0~-P och FTU ar storre for grind- omrorarforsoket an for luftnin~sforsoket. For tot-P bleu det en 5% reduktion Por luftningen medan tot-P okay for grind omrorarnae Att tot~P okay ar omojligt och maste bero pa nagot fel vid analysene
For de filtrerade proven bleu reduktionen storre for COD vid luftningen medan reduktionen for P0~-P och tot-P bleu storre for grindomrorarna.
Grindomrorarna verkar vara effektivast ur reningssynpunkt aven om skillnaden inte ar sa stor. Enbart dessa tva forsok ar dock for lite for att dra nagra slutsatser om hur det
verkliga forhallandet mellan luftning och grindomrorare ar.
Da det galley aysattningar under dessa tv~.forsok sa skedde ingen sedimentering under forsoket med grindomrorarna medan det fanns en rand Tangs hela botten efter luftningsforsok$to
Efter studier av problemet och resultaten av de olika for- soken foreslar jag foljande atgarder for att forbattra flock- ningsbassangen ur aysattningssynpunkt:
~ De fasta partiklarna i kalkslurryn ayskiljs finnan kalk- slurryn doseras i flockningsbassangen.
~ Luftinblasningen ersatts med tre grindomrorare, som vid de olika forsoken visat sig vara effektivare an luft- inblasningen da det galley att forhindra aysattningaro
Med dessa tva atgarder boy problemet med.:.aysattningar i Plockningsbassangen helt forsvinna eller minska aysevart.
Om problemet efter dessa tva atgarder fortfarande kvarstar boy effektiviteten hos sandf~nget kontrollerase
26 1 1. Referenser
Camp TeRo (1855) Flocculation and Flocculation Bassins ASCE Trans 120 (1955) 1
Hernebring Co (1881) On Flocculation Efficiency In Water Treatment. Chalmers University of Technology Department of Sanatary Engineering. Vasastadens
bokbinderi (1881) ISBN g1-7032-043-8
Metcalf ~ Eddy Inc. (1979) Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, Reuse. Second edition (1979)
zsBrr o-07-04677-x
Oldshue J.Yo, hlady O.B: (1g79) Flocculator Impellers, A Comparison. (1g7g) American Institute of Chemical Engineers
Oldshue J.Y., Mady O.B. (1g7g) Flocculation Performance of Mixing Impellers. (1978) American Institute of Chemical Engineers
Sarner E. et. al. (1879) Kompendium i VA-teknik Avlopps- anlaggningar (1978) Lunds tekniska hogskola avd.
VA-teknik
Sarner Ee (1979) Vattenforsorjningsanlaggningar, Kompendium Hogskolan i Lulea, Avdelningen for Samhallsbyggnad VA: B1 September 1979
Villemonte J.R., Rohlich G.A., Wallace A.T. (1966) Hydralic and Removal Efficiencies in Sedimentation Basins.
Third int. confer on 6~later Pollution Research WPCF Sect ZC 16(1966)
Ansluten folkmangd 68000 personer bledeldygnstillrinning ca. 30000 m3/dy~n
Q-dim enligt SNV 1970 m3/h
Q-max ca. 3600 m3/h
Q-medel ca. 1250 m3/h
Sandfan~
Langd 28034 m
Bredd 4.03 m
Medeldjup 3.25 m
Volym ca. 410 m3
Matt enligt ritningarna 03155 a32 och a34
Ytbelastning vid Q-dim ca. 17.3 m3/m2h
Uppehallstid vid Q-dim ca. 0.21 h
Ytbelastning vid Q-max ca. 31.6 m3/m2h
Uppehallstid vid Q-max ca. 0.11 h
Ytb~lastning vid Q-medel ca. 11.0 m3/m2h Uppehallstid vid Q-medel ca. 0.33 h
Flocknin~sbassang,
Langd 28.34 m
Bredd 4.03 m
Djup 4.50 m
Volym ca. 540 m3
Matt enligt ritningarna 03155 a32 och a34
Uppehallstid vid Q-dim ca. 0.27 h
Uppehallstid vid Q-max ca. Oo15 h
Uppehallstid vid Q-medel caa 0.43 h
bilaga 2 Sedimenterin~sbassanger
Total yta cao 2480 m2
Total volym ca. 5410 m3
Ytbelastning vid Q-dim cae Oe79 m3/m2h
Uppehallstid yid Q-dim ca. 2e75 h
Ytbelastning vid Q-max cao 1e45 m3/m2h
Uppehallstid vid Q-max cao 105 h
Ytbelastning vid Q-medel cao Oe50 m3/m2h Uppehallstid vid Q-medel cao 4032 h
Slamfort,iockare
Yta 156 m2
Torrsubstansbelastning 3•$5 kg/m2h
Centrifug
Kapacitet 10 m3/h
A vloppsreningsverk Kommun Avser 2r
Uddebo Lulea 1982
AKTUELL ANSLUTNING I Externslam ~) I tilifors 150 ton TS2
For turistorter o dyl
fran enskilda Normalt
X slamayskiljare o dyl slambehandlingen
Hogsasong ~ Antal m~nader ~ ❑
Personer
67 3~0 9 I I ~ latrin n vattenbehandlingen
A nslutna industries (orocessvatten) samt lakvatten fr~n avfallsuflolaa
TyP
Flode m3~d
Tillforda fororeningsmangder kg BODE/d
C=6S~)
~vrigt (t ex metaller, fosfor)
...Avfa1.1.S.u.F.P..1 a.~ ... ...~-~- 180
VATTENANALYSER
Laboramrium Prov tagna automatiskt FlSdesproportionellt
I~ ink vatten n utg vatten ~ ink vatten n utg vatten
I nkommande vatten Utgaende vatten
Renings- effekt ova A ntal prov
och typ Medei- Max- Antal prov Medel- Min- Max- Antal varden stone an (dygn, vecko-)garde varde och typ varde varde varde
villkorsgr j
BODE (=BSS) mg0:/I st
BOD, (=BSS) mg0:/I
med nitrifikationshammare 1~ (d) 195 320 13 (d) 59 17 100 70
9 d ~i49
.. ... ... ...
COD mgo:~l 12 (d) 472 1000 29 V i 100 31 290 76
... . .
1 1 (d) 6' 7 1 L ~ 1 s.... . a
29 v z., o ... ... ... ... ... ...
1 7 ~ ~ ~ ~'3 74
P tot m ~Ig
....---•... ...•- ~---...-- ---~--•-•--... ...---...
~ ---~-•-~--... ...---. ...--~---st >
-...- ---...
Suspenderade amnen mg/I _.__,...__ _._..
~VRIGT (t ex metaller)
.... ... ... ... ... ... ...
... ... ..~--... ... ... 1... ...
. -~-~-
PH i utga-
Normalt intervall
I
max-verde min-varde antal provdagar
ende vatten 11 0~ 11 7> > I 12 3> I 9 09 ~ kon+.inuerlig provtagninc7
m
Y O O 'J
O
W
z~n
') Ange gama mangden. ~) Villkor i or~vningsbeslut, t ex BOD~:15 mgil
bilaga 4 AVLOPPSVATTENFLODE TILL VERKET
M edelvarde 31 80~ m3/d Utan renin
M axvarde 74 470 m~/d m3/'ar I
Kommentar
M invarde 19 340 m3~d
Darav braddat ~)
Efter behandling:
dar/'ar I m'/fir
— Braddat p~ ledningsnat')
r/'ar I m;/ar I dgr/dr
KEMIKALIEFORBRUKNING, TYP OCH MANGD
fallning desinfektion ~ slambehandling
...Brand...kal.k...!....--~--.864 ...to~i~~...! to~i~~IPolymer...~ 5 toner
~ - - ton/'ar l_ I ton/fir l ~ ton/fir
SLAM
'~ ~ unge(arlig TS•halt
Fran reningsverket borttransporterad slammangd 11 630 m~/fir 27
annat reningsverk fdr behandling
Jordbruk n deponering n markbY99nad ~ ...
.. Laboratorium
.►nalvser I ` ~' '
Zink
Medelvarde
mg/kg TS Min-varde
mg/kg TS Max-varde
mg/kg TS Antal varden som overstiger
foljande varden Totalt antal
analyser Typ av prov
1 050 900 ~ 3OO ~ > 3.000/kg TS
Koppar 9~ ~ ~~ ~~ ~ 1.500 „
B1y 240 220 260 > 3~
Krom 46 36 62 > 200 „
Nickel 45 30 56 > goo
Kobolt 69 12 130 3 > 20 4
~admium 9~4 7~4 ~0 > 15
Kvicksilver 0 9 7$ ~,65 ~ ~ 93 ~ g
r~OMMENTARER
K ommentar till driftresultat, dnftstorningar, vidtagna och planerade forbattringsAtgarder p9 reniagsverk och ledningsnat (fortsatt garna pA separat pap
Anm 1: Darav industriekvivalenter 10 000 pe.
Anm 2e Kommunala och enskilda slamayskiljare odyl
IDriftansvarig) (Telefon)
Insands till lansstyrelsen och Statens naturvardsverk, Box 13C2, 1il 25 SOLNA.
Recipientundersokning bifogas.
') Om rrangden ej kan uppskattas age braddfrekvensen i kommentaren.
~a~um
~~~~
Vattera- mangd
~ 3/d
Inkommande vatten Dygnsprov
COD BOD7 Total- SUSP, mg 02/1 mg 02/1 fosfor mg/1
mg P/1
Utg~ende vatten
Dygnsprov Veckoprov
COD BOD7 Total- SUSP COD Total- mg 02/1 mg 02/1 fosfor mg/1 mg 02/1 fosfor mg P/1 mg P/1
Reningseffekt m.a.p
COD BOGS Total - fosfo
nm ~
c~-z /y8~s6.~z ~ l,6 ~3
~~ ~~o; ~s ~8 ~- os y
~"'~ ~~-/~'0~6~o y
~ ~ ~-~~9 ~~ ~` oz .2
~u~i g ~ 6 096 ~0 ~/
~ ~6 x.25 ~~9~0, y
~~~ y~~6~~~3 .~
o~ ~i yio i~o~o is~o,.~ y
I ~C. .~.~ S~3 88~ .~ ~3 X0,3 ~7'
~~
.,,
bilaga 6 Beraknin~ av luftinblasnin~ens G-varde
G ~ da~~ W = effekt/volymsenhet, Nm/s/m3 och ~a = viskositet, vid 10°C = 1031 10-3
Enligt Camp (1955) kan W vid luftinblasning ~eraknas enligt
foljande: W = 62~a ~ H~ enheten ar footpounds/s - cubic foot Ra = luftinflode i cubic feet/s
V - volymen i cubic feet
- H - djupet dar luftutblasning sker i feet
Qa = 536 m3/h, da raknar jag med att en blasmaskin anvands for luftinblasningen och att denna gar med maximal kapacitete 536 m3/h = 14g 1/s och 1. cubic feet = 28.3 1/s, detta ger Qa = 5.26 cubic feet/s
H = 4.20 m och 1 feet = 0.308 m, detta ger H = 13.78 feet
W - ~ , dar T ar dragkrafter, i footpounds/s
T = 62.E Qa •H~2+3~ = 62.4 5.26 •13378/2+3478 = 3760.8 footpounds/s
1•footpound = 1.36 Nm vilket ger 370.8 footpound/s = 511 4.7 Nm/s
W =
T = 5114.7 P1m/ s V =S~IOm3
W = ~5 ~ = q.~17 Nm/s/m3
G =~= 903 ~3=85 s~
G =~1~dar W ar effekten/volymsenhet och ~ ar viskositeten, vid 10°C = 1.31 10-3 ~;
~ ~ ~ f~
~ , , , C o Zes n,,
~~ ti;~zi~
~ ~ —~
~. ~ ~ L-
Enligt C. Hernebring (1881) kan L'7 for en grindomrorare beraknas enligt foljande3
W = ~ (6oJ ~ a2 ~ n3 •~Api-ri3
CD = en enhet som ar beroende pa omrorarens (grindens) utform- ning, 1.2 for cylindriska och 2.0 for platta
4 = densiteten = 1000 kg/m3
V - den volym som paverkas av omroraren, i detta fall 1 /3 av totala volymen = 0.170 m3
a - ett matt pa omrorarens paverkan pa vattnet, har = 0.5 ~med- rotation)
n = omrorarens varvtal, har 33-2$-21 varv/min Api = arean hos grinden
ri = aystandet fran axel till grind med aren Api
For grindomrorarna fas tre ytor med foljande area (se fig. ovan) och radie:
A ~ = 0.03 0.265 m = 7.95.10-3 m2 ; r~ = 0.072 m A = 0.06 0.052 m = 3.12.10-3 m2 ; r = 0.113 m A3 = 0.03 ~ 0.265 m = 7.95.10-3 m r3 = 0.15 m
Berakningarna skall Boras for hela grindomrorarens area darfor fas ytterligare tre ytor, A4, A5 och A6 med samma area och
radie som A~, A2 och.A3.
Detta ger att ~Ap.• r3 = 2(7.95.10-3 0.0723 + 3.12.10 3 ~ Oo1133 + 7~95~10~3 0.154 ) = 7~30•~p-5
bilaga 8
'For 33 vary/min blir:
2.0 ~ 1000 217 3 2 3 -5 3
W - 200 0.170 (60 ) ~ ~•5 ~ 33 ~ 7.30.10 - 4e43 P1m/slm G e 41 _ 4~ _3 = 58 s-1
u - 1.31.10 For 28 varv/min blir:3
w - 200 00170 ~(6 ) 0.52 283 ~ 7.30 10-5 = 2e70 Nm/s/m3
G ~~
u - 1031.10-~v3=~5s1 For 21 varv/min blir:2.0 1000 2~1 3 2 3 -5 3
w - 2e0 ~ Oe170 ~~60~ 0.5 21 ~ 7.30.10 = 101 I~1m/s/m G =V— = 1":14 -3=3~s~
u 1e31~10
G ~ dar 6a ar effekten/volymsenhet och,u ar viskositeten, vid 10°C = 1.31 10-3
~ O~ n.,
2 V 60 pi i
Beteckningar se bilaga
r = 0.06 m, aystandet fran axel till bladets tyngdpunkt Api = tvarsnittsarean, har beraknad tii ca. 6.533.10-3 m2 Da propellrarna har tre blad sa blir ~Api ri3 - ~(6.533•~~-3
0.063) = 4.24.10-6
Propelleromrorarna har foljande varvtal 45-37-21 varv/min (alternativet med hogsta varvtalen).
For 45 varv/min blir:
2.0 1000 (2Tr l3 W - 2.0 0.170 ~ \601
0. 5 -1
G - 1.31.10-3 = 22 s For 37 varv/min ~lir:
2.0 1000 21~ 13
w - 2.0 0. 70 '~60 1
0.52 x+53 4.24.10-6 - 0.65 PJm/ s/m3
• 0.5~ 373 4.24 10-6 - Oo36 Nm/s/m3
0.36 _ -1
G - 1.31.10 3 _ ~7 S
li o~Zf~ r„ I,
^ 0 ob r+~~,
bilaga 10
For 21 varv/min blir:
2.0 1000 2'fi' l3 W - 2.0 ~ 0.170 ~ ~60)
,I ~0 -1
G - X11.31 .10 3 - ~ s
e 0.52 ~ 213 ~1e24a10 6 - 0.07 Nm/s/m3
Forsok 1. Luftinblasning Q = 1.25 m3/h c~ = 40 t~ = 24x5 min c/ c~
1 e5?
1 00
O e5~
t/tQ
Forsok 2. Luftinblasning Q = 2.0 m3/h c~ = 40 t~ = 15.3 min
c/c~
1 e5
1.0
t/ t j.~ 0
0.5 1°0 1e5 2v0 2.5
bilaga 12 Uppehallstidsforsok
Forsok 3. Luftinblasning + mellanvaggar Q = 1a25 m3/h
1.5
1 00
t0
Forsok 4. Luftinblasning + mellanvag~ar Q = 2.0 m3/h c~ =40
c/c~
1 05
i
1 e0
Oe5 i 1 i I i
.—~ 0.5
t~ = 15.3 min
t/t0
2.5 3.6
c/c °0 - ~~ t~ = 24.5 min
0
1°0 1.5 2,0
Forsok 5a Propelleromrorare Q = 1e25 m3/h varvtal 45-37-•21 varv/min e0 = 40 t~ = 24.5 min
c/ c~
1 0
t/t~
- -,—~
2.5 3.~
Forsok 6. Propelleromrorare Q = 2.0 m3/h varvtal 45-37-21 varv/min c~ = 40 t~ = 15.3 min
c/ c~
1 05_
1:0
Oe5
t/ t0
~ e~ 2e5
0:5 1:0 1.5 2.0
O e5 100 1e5
bilaga 1~
Uppehallstidsforsok
Forsok 7e Propelleromrorare + mellanva~gar varvtal 45-37-21 vary/min Q - 1.25 m3/h c~ = 40 t~ = 24.5 min
c/ c„
1 05
~