Rening av skurvatten från verkstäder

(1)

EXAMENSARBETE INOM KEMITEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP

STOCKHOLM, SVERIGE 2021

KTH

Rening av skurvatten från verkstäder

R OBERT M ATTSSON

(2)

EXAMENSARBETE

Högskoleingenjörsexamen Kemiteknik

Titel: Rening av skurvatten från verkstäder

Engelsk titel: Purification of scrubbing water from workshops Sökord: Skurvatten, kemisk fällning, tungmetaller, oljeindex Arbetsplats: Macserien servicecenter AB

Handledare på

arbetsplatsen: Tord Eriksson Handledare på

KTH: Mats Jansson

Student: Robert Mattsson

Datum: 2021-12-19

Examinator: Mats Jansson

(3)

Sammanfattning

För att tackla miljöproblemen som uppstår vid skurning av verkstadsgolv utreder detta

examensarbete möjligheten att med hjälp av kemisk fällning på plats i verkstaden rena vattnet för att klara de miljökrav som ställs av reningsverken. Vidare utreds det om vattnet är tjänligt nog för att återanvändas för att skura golven flera gånger för att på så sätt minska

vattenförbrukningen och arbeta mot att helsluta verksamheten. Processen är uppbyggd för att ha simpel konstruktion för att göra tekniken så tillgänglig som möjligt, med en standardiserad IBC-behållare på 1000 liter med en kran vid 450 liters nivå för att kunna tömma klarfasen efter fällning.

Metoden testades först i laboratorieskala och sedan i fullskala för att undersöka om metoden fungerar i praktiken. De parametrar som undersöktes var avskiljning av tungmetaller, BOD-7, COD, oljeindex och mikrobiologisk analys.

Den mikrobiologiska analysen visade att den kemiska fällningen gav mycket hög avskiljning för bakterier, vilket är av intresse om klarfasen ska återanvändas för skurning.

Reningsgraden för tungmetaller var relativt hög, men otillräcklig enligt utsläppskraven för tungmetallerna Cd, Cu, Ni och Zn.

Reningsgraden för BOD-7, COD och oljeindex var bra i i laboratorieskala, men otillräcklig i fullskala.

Metoden har stor potential och med optimering av processen och eventuellt komplettering med ytterligare reningssteg som filtrering efter den kemiska fällningen är min bedömning att den kan klara utsläppskraven.

Jag bedömer att det inte är praktiskt att återanvända klarfasen för att skura golven igen, då det innebär en större anläggning och mer arbete för personal som ska använda skurmaskinen.

Vidare behövs ytterligare ett reningssteg med exempelvis filtrering innan vattnet är tillräckligt rent för att återanvändas.

(4)

Abstract

To deal with the environmental problems that arises when scrubbing the workshop floors, this work examines the posibility of using chemical precipitation on site at the workshops to clean the scrubbing water to meet the tough demands from water treatment plants. It is also

examined the possibility to reuse the treated water to scrub the floors again and thereby reduce the water usage.

The process is built with a simple construction to make the technique as cheap and available as possible, with a standardized IBC container with a volume of 1000 liter, and a tap at the 450 liters level to be able to drain the cleaned water.

The method first tested in both laboratory scale and in full scale to see if the process worked as planned.

The parameters examined was the reduction of heavy metals, BOD-7, COD, oil index and microbiological material in order to see if the water is sufficiently clean to reuse.

The microbiological analysis showed a very high reduction from the precipitation which is important if the water is to be reused.

The reduction of heavy metals was relatively high, but not high enough for Cd, Cu, Ni and Zn.

The reduction of BOD-7, COD and oil index was great in lab scale, but not very high in full scale.

The method has good potential, but needs to be optimized further, and possibly with the addition of a filtration stage before it can manage the emission requirements and be implemented.

I make the conclusion that it is not practical to reuse the water to clean again, since it requires additional work, a bigger facility with extra steps to make it work.

(5)

Innehåll

1 Inledning ... 1

2 Teori och bakgrund ... 2

2.1 Tungmetaller ... 2

2.1.1 Zink (Zn) ... 2

2.1.2 Bly (Pb) ... 2

2.1.3 Koppar (Cu) ... 2

2.1.4 Nickel (Ni) ... 3

2.1.5 Krom (Cr) ... 3

2.1.6 Kadmium (Cd) ... 3

2.2 Organiska föroreningar ... 3

2.2.1 Kolloidala partiklar ... 3

2.2.2 BOD 7 – Biokemisk förbrukning ... 3

2.2.3 COD – kemisk syreförbrukning ... 4

2.2.4 Petroleumkolväten ... 4

2.3 Kemisk fällning ... 4

2.3.1 Flockningskemikalie 1R – Akrylbaserad katjonisk polymer... 5

2.4 Utsläppssituation och krav från reningsverk ... 6

3 Apparatur och material ... 7

3.1 Laboratorieskala ... 7

3.2 Fullskala ... 7

4 Genomförande ... 9

4.2 Full skala ... 11

5 Hantering av avfallet ... 11

6 Kostnadsuppskattning ... 12

6.1 Investeringskostnader ... 12

6.2 Rörliga kostnader ... 12

7 Resultat ... 14

7.2 Fullskala ... 16

8 Diskussion ... 17

9 Slutsats ... 18

10 Referenser ... 19 Bilaga 1 – Obehandlat skurvatten ... I Bilaga 2 – Behandlat skurvatten laboratorieskala ... II Bilaga 3 – Behandlat skurvatten fullskala ... III Bilaga 4 – Bakterieprov innan fällning ... IV Bilaga 5 – Bakterieprov efter behandling ... V

(6)

1 Inledning

Verkstäder och likande industriverksamheter får allt hårdare krav på vattnet de släpper ut till reningsverken runt om i Sverige. Många verkstäder har endast en oljeavskiljare installerad som vattenrening och de tuffare kraven som införs från reningsverken påverkar dessa

verkstäder. Många verksamheter använder sig av en skurmaskin för att rengöra golven som är mycket smutsiga. Smutsen är en blandning av stor del oljehaltiga föroreningar samt

tungmetaller med mera.

De aktiviteter som utförs på verkstäder gör att golven blir mycket förorenade. Efter besök vid ett par lastbilsverkstäder under examensarbetet var det uppenbart att föroreningarna som kommer från verkstadsgolven är ett problem som måste lösas. Det är en blandning av oljor som kommer från oljespill från lastbilar som repareras, diverse arbete med metaller för reparationer och delar från motorer som rengörs med mera.

Även om verkstäderna som besökts under examensarbetet följer de rekommendationer som myndigheterna ger med torrstädning innan skurning med mera så har de ett problem som de behöver lösa med skurvattnet.

Om verkstäderna har för höga halter i utgående vatten till reningsverken kan de ställa krav på att interna åtgärder utförs, som exempelvis en intern reningsanläggning innan vattnet får ledas till det kommunala avloppet alternativt att de skickar vattnet på extern rening.

De företag som använder sig av skurmaskin i verkstadsindustrin kommer vara tvungna att göra något åt problemet för att inte överstiga dessa gränsvärden för sina utsläpp till den kommunala reningen.

Macserien tillsammans med dotterbolaget Washwater vill utreda möjligheten att kunna installera en fällningstank med simpel utformning som kan möjliggöra rening av vattnet på plats i verkstäder, och därmed undvika att investera i större kostsamma reningsanläggningar eller att skicka sitt skurvatten för extern rening vilket är kostsamt och opraktiskt.

Macserien har tidigare använt sig av kemisk fällning för kunder som haft problem med sina utsläpp från bland annat bil- och lastbils-tvättar. Processen de använt sig av är kemisk fällning med fosforsyra (H3PO4), natriumhydroxid (NaOH) och deras egen

flockningskemikalie 1R. Flockningskemikalien 1R är en organisk polymer som är uppbyggd av polyakrylamid.

Då utsläppssituationen liknar den vid biltvätt kommer samma teknik utredas. Om det fungerar som intern rening för att klara utsläppskraven samt om tekniken är tillräckligt effektiv för att kunna återanvända klarfasen för att skura golven fler gånger och därmed minska vattenförbrukningen.

För att göra tekniken så lättillgänglig och billig som möjligt för kunder kommer fällningstanken att vara en standardiserad IBC-behållare som rymmer 1000 liter.

(7)

2 Teori och bakgrund

I det här kapitlet presenteras de problemämnen som finns med i skurvattnet och teorin bakom kemisk fällning.

2.1 Tungmetaller

Tungmetaller är ett stort miljöproblem då de flesta av dem är toxiska, bryts inte ner i naturen och är bioackumulerbara (Ali et al., 2019). Utsläpp som innehåller tungmetaller som Cd, Cu, Zn, Ni och Cr räknas som miljöfarligt och icke nedbrytbara i naturen (Benalia et al., 2021).

Bioackumulation av tungmetaller i ekosystemen kan ha stora effekter på djur och människor (Ali et al,. 2019). Det är därför viktigt att begränsa utsläppen av tungmetaller till naturen då det kommer ge långvariga problem.

När vatten släpps ut till reningsverken genomgår det nästan alltid någon typ av biologisk rening. För att uppnå ett hållbart kretslopp är målet att återanvända det slam som uppstår vid reningsverken som växtnäring och jordförbättringsmedel (svenskt vatten 2019). Om vattnet som släpps till reningsverken har höga halter av tungmetaller och svårnedbrytbara organiska föreningar kommer slammet att vara otjänligt till att återföra till kretsloppen i form av

gödningsmedel. Det är därför viktigt att arbeta med miljöproblemen uppströms för att minska utsläppen av miljögifter vid utsläppskällan (svenskt vatten 2019).

Även tungmetaller som inte fastnar i slammet utan går igenom reningsverken innebär problem då dessa hamnar hos recipienten, vilket ofta är sjöar. Även där kommer

tungmetallerna att bioackumuleras i marint liv vilket är ett stort problem. Nedan presenteras några utvalda föroreningar och deras miljö- och hälso-påverkan.

2.1.1 Zink (Zn)

Zink är ett essentiellt ämne för människan och är nödvändig som spårelement (Benalia et al., 2021). För mycket zink ger dock mycket problem som högt blodtryck, illamående och

njurproblem om det ackumuleras i kroppen (Benalia et al., 2021).

Problematiken med höga utsläpp av zink är något som bland annat biltvättar och verkstäder har kämpats med länge. En anledning är att galvanisering ofta används för att undvika korrosion. Zinken lakas ur från den skyddade ytan och vattnet från biltvättar och verkstadsverksamheter får därmed ofta höga halter av zink.

2.1.2 Bly (Pb)

Bly är ett icke essentiellt ämne då det inte har något naturlig funktion hos växter eller djur (Naturvårdsverket 2017). Det kan konkurrera med andra essentiella ämnen och är toxiskt för levande organismer (Naturvårdsverket 2017). Användandet av bly har minskat kraftigt men det är fortfarande ett stort problemämne.

2.1.3 Koppar (Cu)

Koppar är ett essentiellt ämne, men som övriga tungmetaller är det toxiskt i höga doser.

Störst problem är det för vattenlevande organismer som tar skada av höga halter

(Naturvårdsverket 2020). Koppar finns i bromsbelägg på bilar (Naturvårdsverket 2020) och därmed finns det mycket koppar i vattnet som kommer från biltvätt och verkstäder.

(8)

2.1.4 Nickel (Ni)

Nickel används bland annat som legeringsmedel i rostfritt stål, i katalysatorer och i uppladdningsbara batterier. Nickel behövs i mindre mängder för normal tillväxt hos vissa djur och växter. Men för höga halter av det i naturen påverkar den mikrobiella aktiviteten vilket leder till försämrad grobarhet (Naturvårdsverket 2017).

2.1.5 Krom (Cr)

Krom är ett spårämne som människor behöver minst och för höga halter kan ge diverse sjukdomar som lungcancer och skador på DNA och kromosomer av (Naturvårdsverket 2017).

Krom är även mycket toxiskt för vattenlevande organismer. Krom förekommer främst i oxidationstalen +3 och +6 och den sistnämnda är betydligt mer toxisk och problematisk (Shanker et al., 2005).

2.1.6 Kadmium (Cd)

Kadmium är viktig i industrin då den används vid tillverkning av batterier och i legeringar och den är mycket toxisk för människan (Zouboulis et al., 2015). Utsläpp av metallen ger en bestående förorening av mark och sediment med långvariga effekter (Naturvårdsverket 2020).

2.2 Organiska föroreningar

Skurvattnet innehåller även mycket organisk smuts som inte bör släppas ut till reningsverken då det ger en stor belastning på dem. Det är en kombination av kolloidala partiklar,

lättnedbrytbart organiskt material och petroleumbaserade kolväten.

2.2.1 Kolloidala partiklar

Skurvattnet som testades under projektet var mycket grumligt trots att det får stå stilla och sedimentera under långt tid. Det är en indikation på att det är mycket små ej sedimenterbara partiklar i kolloidal form. Generellt har dessa partiklar en negativ ytladdning och detta gör att de repellerar varandra vilket innebär att de inte kan bilda större aggregat och sedimentera (Persson 2018). För att lösa problemet kan en katjonisk polymer användas. Polymeren gör att de kolloidala partiklarnas negativa ytladdning attraheras av den positiva polymeren. Det bildas då stora aggregat som har tillräckligt hög densitet för att sedimentera.

2.2.2 BOD 7 – Biokemisk förbrukning

BOD 7 är ett mått för hur mycket syre det organiska materialet behöver för biologisk

nedbrytning. Allt organiskt material bryts inte ned under analysen utan endast det som är lätt nedbrytbart (Betner 2018). BOD-7 värdet ger en bra indikation på hur mycket organiskt material som finns i vattenprovet.

(9)

2.2.3 COD – kemisk syreförbrukning

COD ger en indikation av hur mycket syre som går åt för att bryta ner de organiska föreningarna i vatten. Vid COD-analyser används en stark oxidant för att bryta ner det organiska materialet och bryter ner även det mer svårnedbrytbara materialet som mikroorganismer inte klarar av (Hu et al., 2005).

2.2.4 Petroleumkolväten

Petroleumkolväten är ett stort problem i verkstadsindustrin då det används mycket

petroleumbaserade produkter i verkstäder. Det är svårt att undvika spill på golven vilket gör att det hamnar i skurvattnet. Petroleumkolväten är oladdade vilket gör det svårt att avskilja dem med kemisk fällning. Det går dock att skilja dem från resten av vattnet genom att låta vattnet skikta sig och låta vattnet sedimentera under en lång tid efter den kemiska fällningen.

Då petroleumkolväten har lägre densitet än vatten kommer de att lägga sig på toppen i fällningstanken. Genom att inte helt tömma fällningstanken kommer det vara kvar en oljefas på toppen som består av främst petroleumkolväten. På så sätt kan man minska utsläppen av dessa.

2.3 Kemisk fällning

Kemisk fällning är en välbeprövad metod och något som är implementerat i stor skala i många industrier. Syftet i det här arbetet är främst att reducera mängden tungmetaller.

En av de vanligaste metoderna i industriverksamheter för att separera tungmetaller är med kemisk fällning. Processen är relativt lätt att sköta och har låga driftkostnader (Benalia et al., 2021). En av de vanligaste metoderna är att pH-justera då tungmetaller fälls ut som

svårlösliga metallhydroxider vid högre pH. Svårigheten är att alla tungmetaller faller ut optimalt vid olika pH (Persson 2018). Det gäller att hitta ett pH-värde som är en kompromiss och som är tillräckligt nära optimum för alla tungmetaller. Vanligtvis brukar man lägga sig på ett pH-värde mellan 9 och 10 (Persson 2018) då lösligheten är relativt låg där för de flesta tungmetallerna, se figur 1 för löslighetsdiagram på de tungmetallerna som undersöktes i det här projektet.

Figur 1. Tungmetallers löslighet som funktion av pH. Merparten av tungmetallerna har låg löslighet vid pH 9- 10.

(10)

Genom att tillsätta NaOH och justera pH-värdet till cirka 10 kommer de lösta tungmetallerna att fällas ut som svårlösliga metallhydroxider enligt den förenklade jämviktsreaktionen:

𝑀𝑒²⁺+ 2𝑂𝐻⁻ ⇄ 𝑀𝑒(𝑂𝐻)₂

Vid tillsatsen av NaOH höjs pH-värdet och metallerna bildar metallhydroxider. Partiklarna är dock små och med hjälp av tillsats av en organisk polymer kan de fasta metallpartiklarna fastna i polymeren vilket gör att partikelstorleken ökar och de kan sedimentera (Ayres et al., 1994). Genom att partikelstorleken ökar kommer polymeren med metallpartiklarna att

sedimentera till botten då densiteten är högre än för vatten. För att få en så bra sedimentering som möjligt ska omrörningen vara så långsam som möjligt vid tillsats av flockningsmedelet (Ayres et al., 1994).

Processen som används i detta examensarbete använder även fosforsyra (H3PO4) för att fälla ut metaller som fosfater. Detta för att öka fällningen av de metaller som inte fällts ut enbart med tillsats av NaOH. Nackdelen med att tillsätta fosforsyra är att pH-värdet sänks och detta innebär att mer NaOH måste tillsättas för att nå optimalt pH. Då skurvattnet är ett komplext system med en blandning av många metaller med olika oxidationstal är det svårt att lista alla reaktioner som sker. En generell jämviksreaktion för bildandet av metallfosfater enligt den förenklade reaktionsformeln:

3𝑀𝑒²⁺+ 2𝑃𝑂₄³⁻⇆ 𝑀𝑒₃(𝑃𝑂₄)₂(𝑠)

2.3.1 Flockningskemikalie 1R – Akrylbaserad katjonisk polymer

Flockningskemikalien som användes under projektet var en organisk polymer som är baserad på akrylamid. Denna typ av polymer är ofta använd i vattenrening från avloppsvatten för att öka flockbildningen (Filho, et al, 2000). Fördelen med att använda sig av en organisk polymer är att de kräver relativt låg dosering, är lätta att hantera och att de inte påverkar pH-värdet på suspensionen (Filho et al 2000). Det har även fördelen att det minskar mängden bakterier och virus som också fäller ut tillsammans med det suspenderade organiska materialet (Filho, et al, 2000).

(11)

2.4 Utsläppssituation och krav från reningsverk

I tabell 1 presenteras de föroreningar som finns i det obehandlade skurvattnet. Provet är taget direkt från skurmaskinen och skickat till ett ackrediterat laboratorie för analys. Samtliga värden ligger långt över begränsningsvärdena som Gästrike vatten anger. Fullständiga analysresultatet finns i bilaga 1.

Tabell 1. Värden för obehandlat skurvatten

Obehandlat skurvatten Resultat Enhet

BOD 7 1400 mg/l

COD-Cr 5490 mg/l

Petroleumkolväten

Oljeindex fraktion C10-C40 524 mg/l

Fraktion C10-C12 5,27 mg/l

Fraktion C12-C16 110 mg/l

Fraktion C16-C35 367 mg/l

Fraktion C35-C40 42,7 mg/l

Metaller

Cd 11 μg/l

Cr 206 μg/l

Cu 2490 μg/l

Ni 216 μg/l

Pb 1060 μg/l

Zn 14200 μg/l

I tabell 2 presenteras de begränsningsvärden som Gästrike vatten satt ut för utsläpp till deras reningsverk (näckrosbroschyren 2017).

Tabell 2. Begränsningsvärden för utsläpp till reningsverk

Begränsningsvärden Gästrike Värde Enhet Petroleumkolväten

Oljeindex 50 mg/l

Metaller och grundämnen

Cd 0,2 μg/l

Cr 50 μg/l

Cu 200 μg/l

Ni 50 μg/l

Pb 50 μg/l

Zn 200 μg/l

(12)

3 Apparatur och material

Nedan presenteras vilket material som användes för laboratorieskala och för test i fullskala

3.1 Laboratorieskala

Material som användes på laboratoriet var:

Fatpump i plast & 25liters dunkar för att inhämta skurvattnet Glasbägare: 200 ml,1000ml och 2000ml

Magnetomrörare Våg med 3 decimaler

Digital pH-mätare & pH-papper Spektrofotometer med 5cm kyvetter

Bakteriestickor: Envirocheck Contact TVC (total viable counts) Fosforsyra 50%

NaOH 50%

Macseriens flockningspolymer 1R Pipetter

3.2 Fullskala

För att göra tekniken så billig och lättillgänglig som möjligt användes en IBC-behållare som fällningstank som är av standardmått. För att möjliggöra tömning av klarfasen (det renade vattnet) sattes en kran på tanken som gör att det är kvar cirka 450liter efter tömning. Detta medför att det går att utföra fällning cirka 5 gånger innan fällningen når så pass högt i tanken och att den måste tömmas för att undvika att det sedimenterade slammet töms ut.

För att kunna transportera skurvattnet till fällningstanken från skurmaskinen användes en pneumatisk membranpump. Detta då den typen av pump klarar av förorenat vatten bättre än många andra pumpar och de har ett självsug vid start vilket underlättar då det inte behövs någon tillrinningshöjd. Då alla skurmaskiner ser olika ut och utloppet från det smutsiga skurvattnet ofta sitter i botten utan någon pump medför det vissa svårigheter i att konstruera en pumpkonfiguration som passar alla. Genom att använda en membranpump som fästs på ovansidan av IBC-tanken och en slang som suger upp skurvattnet från tanken i skurmaskinen löste det problemet med att vara anpassbar för de flesta olika typer av skurmaskiner. För att minimera risken att membranpumpen ska ta skada av det mycket kontaminerade och grusfyllda vattnet användes en backventil med inbyggd sil med 1200 micron storlek. Det gör att de största partiklarna inte kommer in i pumpen och endast partiklar som pumpen enligt specifikation ska klara av passerar pumpen.

Som omrörning användes rundpumpning med membranpumpen som var installerad för att hålla nere kostnaderna så mycket som möjligt.

(13)

Det material som behövdes för att göra anläggningen är:

En IBC-behållare med en kran som utlopp där 450 liter är kvar i tanken efter tömning.

Pump: ARO Ingersoll Rand EXP Membranpump 1’’. Maxflöde 260 [l/min], max partikelstorlek 3,2mm.

Slamsugslang cirka 5meter, förstärkt med stålspiral för att undvika att slangen kollapsar på sugsidan.

Slangklämmor och tätningstejp för alla kopplingar för att undvika läckage.

Backventil med sil (1200 micron = 1,2mm).

Tryckluft med 8bar för att driva pumpen (förseddes av verkstaden).

(14)

4 Genomförande

4.1 Laboratorieskala

Laboratorieförsöken inleddes med att först få vattnet att bli visuellt rent. Då initiala försök innan examensarbetets start hade gjorts användes dessa mängder som utgångspunkt (0,1%

fosforsyra och 0,1% flockningskemikalie). Det visade sig att dessa mängder var otillräckliga då vattnet fortfarande var kraftigt smutsigt och mängderna av fällningskemikalierna ökades därför. Då NaOH endast användes som pH-justerare, varierades de andra två i olika proportioner för att få ett visuellt tillräckligt bra resultat.

När en bra uppskattning av vilka mängder som behövde tillsättas gjordes mer noggrant mätta prover. Dessa undersöktes först visuellt, men även med hjälp av en spektrofotometer.

Spektrofotometern användes då absorptionen av klarfasen ger en indikation på mängden organiskt material och hur mycket suspenderade partiklar det finns kvar i vattnet.

Spektrofotometern användes inte för att bestämma mängden av någon förorening, utan för att kvantitativt kunna avgöra hur mycket fällningskemikalie som ska tillsättas för att få ett så klart vatten som möjligt. Genom att genomföra en antal serier där först mängden fosforsyra varierades och sedan mängden 1R för att uppnå ett optimum för tillsats av

fällningskemikalier. För samtliga prover tillsattes NaOH för att nå pH 10.

Försöken utfördes på följande sätt:

Skurvattnet hämtades först på verkstaden genom att pumpa upp vattnet direkt från

skurmaskinen med hjälp av en fatpump. För att få så representativt vatten som möjligt skedde detta under manuell omrörning. Cirka 25 liter överfördes till en dunk och transporterades till laboratoriet där försöken skedde. För att undvika bakterietillväxt innan laboratorie-

undersökningarna ställdes dunken i kåp och försöken skedde senast en vecka efter att skurvattnet hämtats.

200g skurvatten vägdes upp i en 250ml bägare. Sedan tillsattes fosforsyra och bägaren ställdes på en magnetomrörare. I lösningen placerades en digital pH-mätare. NaOH tillsattes under kraftig omrörning tills pH-värdet var cirka 10. Efter det tillsattes flockningsmedlet 1R under omrörning. Efter cirka 1 min minskades omrörningen succesivt tills stora flockar syntes. Magnetomröraren stängdes av och bägaren fick stå orörd i 4 timmar för att låta all fällning sjunka till botten. Efter att lösningen fått stå och sedimentera togs klarfasen ut med pipett och tillsattes i en 5cm kyvett för att mäta absorbansen. Som våglängd användes 350nm och rent vatten som referens.

Absorbansen sattes upp mot koncentrationen i ett diagram för att se optimal mängd av respektive fällningskemikalie. Figur 2 visar hur absorbansen ändras med tillsats av fosforsyra och figur 3 visar hur absorbansen ändras med tillsats av flockningskemkalie 1R.

(15)

Figur 2. Graf som visar hur absorbansen beror av tillsats av fosforsyra.

Figur 2 visar att absorbansen var lägst vid 0,85 vikts% och det användes i resterande försök.

Sedan varierades mängden flockningskemikalie 1R för att uppnå en så låg absorbans som möjligt vilket redovisas i figur 3.

Figur 3. Grafen visar hur absorbansen minskar med ökad mängd tillsatt flockningskemikalie 1R tills det börjar stagnera efter 1,5 vikts %

Figur 3 visar att absorbansen först sjunker kraftigt för att sedan stagnera efter 1,5 vikts %. Vid resterande försök användes 2 vikts % flockningskemikalie 1R.

När mängd fosforsyra och 1R som skulle tillsättas hade optimerats gjordes ett större prov för att skicka på analys för att utvärdera hur den kemiska fällningen fungerade. Två stycken 2- liters bägare med 1,8 liter skurvatten genomgick samma process som beskrevs ovan.

Klarfasen togs ut med en sugpump och skickades till analys.

För att utvärdera om skurvattnet skulle kunna återanvändas utan att riskera att bakterier sprids togs ett antal bakterietester. Detta gjorde genom att doppa en bakteriesticka i

0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39

0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

Absorbans

Koncentration [vikts %]

Fosforsyra optimering

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Absorbans

Koncentration [vikts %]

Flockningskemikalie 1R Optimering

(16)

skurvattnet och en i den separerade klarfasen. Stickorna inkuberades sedan i 24h vid 40°C för att ge en uppskattning om mängden bakterier i vattenproverna.

För att vidare kontrollera hur mycket bakterier och vilka typer skickades även orenat skurvatten och klarfasen till ett ackrediterat mikrobiologiskt laboratorie för en mer utförlig analys.

4.2 Full skala

Metoden testades i full skala i projektets slutskede för att utvärdera om metoden fungerar bra i praktiken. IBC-behållaren hade under 3 månaders tid fyllts upp med skurvatten från

verkstaden. Då tester hade gjorts på samma skurvatten på laboratoriet var mängderna av fällningskemikalierna som ska tillsättas redan beräknade och vägdes upp i plastdunkar för att underlätta arbetet på plats.

För att få omrörning i IBC-behållaren användes membranpumpen som redan var installerad på plats genom att rundpumpa skurvattnet i behållaren. Först tillsattes 6,8kg fosforsyra, sedan tillsattes 10,5 kg NaOH till pH var cirka 10, och sedan tillsattes 15,75kg Mac 1R

flockningskemikalie. För att säkerställa att allt blandades väl tillsattes allt långsamt och under rundpumpning. Efter allt var tillsatt rundpumpades allt i cirka 15 min och pH-prov togs för att kontrollera att pH-värdet fortfarande var på cirka 10.

Sedan sänktes hastigheten på pumpen för att få långsammare omrörning de sista 5 minuterna för att öka flockbildningen och undvika att bryta sönder de flockar som bildats. Pumpen stängdes sedan av och vattnet fick sedimentera i 6 timmar.

Ett vattenprov av klarfasen togs ut vid kranen och skickades till analys på ackrediterat laboratorium.

5 Hantering av avfallet

Det slam som uppstår efter den kemiska fällningen kommer ackumuleras i tanken och måste till slut tas omhand om som farligt avfall. Efter kontakt med personal på Ragn-Sells som hanterar farligt avfall och specifikt slam från polymerfällning erhölls prisuppgifter för vad tömning av IBC-tanken kostar. Kostnaden är 3,50 kr/kg avfall och kostnad för sugbil är 1600 kr/h. En timme bedöms vara tillräckligt för att hinna tömma IBC-behållaren.

För att ta fram densiteten på avfallet och avgöra hur många fällningar som kan göras innan tömning gjordes upprepade fällningsförsök i en 1litersbägare. Det tog 5 fällningar innan nivån nått strax under 450ml vilket skulle innebära tömning av IBC-behållaren. Bägarens vikt innan försöken subtraherades från resultaten och vikten för 450ml fällning var 495g. Densiteten beräknades enligt:

495𝑔

450𝑚𝑙=1,11𝑔

𝑚𝑙 = 1,11𝑘𝑔/𝑑𝑚³ Vikten för avfallet vid slamsugning är: 450𝑑𝑚³∙ 1,11 ^𝑘𝑔

𝑑𝑚³= 499,5kg Kostnad för slamtömning: 500 ∙ 3,50 + 1600 = 3350𝑘𝑟

När klarfasen tömts är det kvar 450 liter under kranen och cirka 50 liter över kranen. Det ger utrymme för 500 liter att fyllas på varje gång efter det att första fällningen på 1000 liter gjorts. Då sugbil uppskattas behövas efter 5 fällningar innebär det att cirka 3000 liter skurvatten kan behandlas mellan varje tömning.

(17)

6 Kostnadsuppskattning

De kostnader som uppstår för anläggningen är investeringskostnader för fällningstanken och de rörliga kostnaderna för kemikalieförbrukningarna och slamtömning.

6.1 Investeringskostnader

I tabell 3 summeras alla kostnader som krävs för att göra en anläggning som användes under projektet. För att göra en mer permanent lösning tillkommer kostnad för doseringutrustning och eventuellt omrörare. Det finns många typer av omrörare som är anpassade för just IBC- behållare och kostar ungefär lika mycket som membranpumpen vilket skulle öka

investeringskostnaden kraftigt. Det tas inte med i kalkylen i tabell 3 då det inte användes i det här projektet, men är en kostnad som tillkommer om det bedöms nödvändigt i en permanent anläggning.

Tabell 3. Kostnad för fällningstank

Kostnad fällningstank Kostnad [kr]

IBC 2995

Membranpump, ARO 1'' tryckluftsdriven 23 750

Förstärkt sugslang, 6 meter 1200

Bottenventil med sil 300

Kopplingar för slang, 3st 600

Högtrycksslang & koppling 200

Kran IBC 500

Summa 29 545

6.2 Rörliga kostnader

Det är svårt att uppskatta hur stora de rörliga kostnaderna blir då de är beroende på hur ofta golven skuras. Under projektets tid tog det cirka 12 veckor för verkstaden att fylla 800 liter skurvatten vilket motsvarar 67 liter/vecka. Det har dock varit under perioden maj till juli vilket är perioden som det skuras som minst då lastbilarna som kommer in till verkstaden inte drar med sig så mycket smuts in. Under vintermånaderna skuras det betydligt mer,

uppskattningsvis 300–400 liter/vecka, men det är svårt att med säkerhet säga då det vattnet tidigare hällts ner i oljeavskiljare utan att mätas. Priset /månad kan därför komma att stiga under de kallare månaderna.

De rörliga kostnaderna som uppstår är fällningskemikalierna samt kostnaden för hantering av avfallet vilket summeras i tabell 4.

Tabell 4. Rörliga kostnader

Rörliga kostnader [kr/l skurvatten] [kr/IBC] [kr/månad]

Fosforsyra 0,132 132 44

NaOH 0,129 129 43

Fällningskemikalie 1R 0,123 123 41

Sugbil, hantering av avfall 1,18 1183 394

Summa 1,57 1568 523

(18)

Den största kostnaden är hanteringen av avfallet. För att minska den kostnaden kan det vara aktuellt att göra installationen med en IBC under fällningstanken för att möjliggöra tömning av fällningstanken på slammet och samla en större mängd slam för att slå ut kostnaden för sugbilen på en längre period.

(19)

7 Resultat

Nedan presenteras resultaten för försöken i laboratorieskala för den kemiska fällningen.

7.1 Laboratorieskala

Vattnet blev mycket klarare och ljusare efter fällning och det bildades ett tjockt sediment på botten.

Nedan presenteras reduktionen av föroreningar. Omsättningen beräknades genom att jämföra analysresultat från obehandlat skurvatten och analys av klarfasen som genomgått kemisk fällning på laboratoriet.

Analysresultaten presenterat i tabell 5 och finns i sin helhet finns i bilaga 1.

Tabell 5. Reduktion efter kemisk fällning i laboratoriet.

Behandlat skurvatten Labb Koncentration Reduktion

BOD 7 608 mg/l 56,6%

COD-Cr 1630 mg/l 70,3%

Oljeindex fraktion C10-C40 2,05 mg/l 99,6%

Fraktion C10-C12 0,551 mg/l 99,0%

Fraktion C12-C16 0,407 mg/l 99,6%

Fraktion C16-C35 1,43 mg/l 99,6%

Fraktion C35-C40 0,156 mg/l 99,6%

Metaller

Cd 3,16 μg/l 71,3%

Cr <20 μg/l 90,3%

Cu 654 μg/l 73,7%

Ni 112 μg/l 48,1%

Pb <10 μg/l 99,1%

Zn 1140 μg/l 92,0%

Fysikaliska parametrar

Temp för pH 20,3 °C

pH 9,8

Oljeindex, Cr och Pb klarar Gästrikes kommuns krav för spillvatten. Cd, Cu, Ni och Zn har högre värden än begränsningsvärdena.

Analysresultatet för den mikrobiologiska analysen presenteras i tabell 6. För fullständiga analysen före och efter den kemiska fällningen se bilaga 5 och 6.

(20)

Tabell 6. Reduktion av mikrobiologiska parametrar

Behandlat skurvatten Labb Resultat Reduktion

Odlingsbara mikroorganismer 2000 cfu/100ml 99,90%

Långsamväxande bakterier 3900 cfu/100ml 99,90%

Koliforma bakterier 70 cfu/100ml 99,30%

Escherichia coli <10 cfu/100ml 98%

Mikrosvampar 500 cfu/100ml Ökning: 98%

Aktinomyceter <10 cfu/100ml Oförändrat

Intestala enterokocker <10 cfu/100ml Oförändrat Clostridium perfringens, presumtiva <10 cfu/100ml 95,8%

Resultatet visar att skurvattnet efter fällningen innehåller relativt lite bakterier. Cfu/100ml innebär odlingsbara kolonier av mikroorganismer/100ml (coloni forming units). Jämförs resultatet med vad som anses vara otjänligt som dricksvatten, är det koliforma bakterier (gränsvärde 10 cfu/100ml) som inte klarar gränsen. Mikrosvamp och odlingsbara

mikroorganismer är tjänligt med anmärkning och resterande har tillräckligt låg nivå för att vara tjänligt (livsmedelsverket 2021).

(21)

7.2 Fullskala

Visuellt blev resultatet lite sämre än i laboratorieskala. Det bildades en tydlig fällning på botten och en tydlig fas på toppen av fällningstanken. Klarfasen var betydligt klarare än innan fällningen, men gulare och något mindre klar än i laboratorieskala. Vilket tyder på att det var mycket organiskt material kvar i vattnet.

I tabell 7 presenteras resultaten från kemisk fällning i fullskala på plats i lastbilsverkstaden.

Jämfört med laboratorieskala är reduktionen av oljeindex betydligt sämre, framförallt för de lättare fraktionerna. Även BOD 7 är betydligt sämre och avviker med en kraftig ökning.

Tungmetallerna har bättre reduktion för Cd, Cu, Ni än i laboratorieskala och samma resultat för Cr. För Pb och Zn var reduktionen lägre.

Tabell 7. Reduktion av föroreningar i fullskala

Behandlat skurvatten Fullskala Koncentration Reduktion

BOD 7 6230 Ökning: 345%

COD-Cr 1340 mg/l 75,6%

Oljeindex fraktion C10-C40 153 mg/l 70,8%

Fraktion C10-C12 9,89 mg/l Ökning: 87,7 %

Fraktion C12-C16 108 mg/l 1,82%

Metaller

Cd 2,02 μg/l 81,6%

Cr <20 μg/l 90,3%

Cu 234 μg/l 90,6%

Ni 71,8 μg/l 66,8%

Pb 33,7 μg/l 96,8%

Zn 7650 μg/l 46,1%

Fysikaliska parametrar

Temp för pH 21,4

pH 10,3

Cr och Pb klarar Gästrike vattens krav. Oljeindex, Cd, Cu, Ni och Zn klarar inte begränsningsvärdena.

Det gjordes ingen utökad mikrobiologisk analys av klarfasen för det fullstora försöket då vattnet inte kommer återanvändas för att skuras. Detta då vattnet inte är tillräckligt rent och då det är praktiskt svårt att genomföra. Det gjordes istället ett snabbtest med bakteriesticka för att få en indikation, och det visade inga tecken på bakterier i den separerade klarfasen.

(22)

8 Diskussion

Ett av det största problemet med skurvattnet är att det är så koncentrerat med föroreningar.

Om man jämför med en biltvätt så går det åt cirka 200 liter vatten för att tvätta den. Jämförs detta med att en hel lastbilsverkstad skurar golvet så går det åt mindre än 200 liter. Detta gör det väldigt svårt att lyckas komma ner till de värdena som är satta som gränsvärden från reningsverken, även om reningsgraden på tungmetaller är 81,6-96,8% (undantag för Ni och Zn som har lägre reduktion).

Planen med projektet var att verkstäderna ska kunna återanvända vattnet för att skura golvet fler gånger. Vattnet är inte tillräckligt rent för att kunna skickas iväg till reningsverk och jag anser att vattnet måste vara renare för att det ska kunna återanvändas. Under projektets gång visade det sig även att det tog för lång tid för verkstäderna att fylla fällningstanken med skurvatten för att kunna testa att återanvända vattnet. Jag gör bedömningen att det inte är praktiskt eller lämpligt att återanvända skurvattnet av de anledningarna. Ett till problem är att det blir kostsamt, platskrävande och innebär extrajobb för de som ska använda

anläggningen. Det behövs en till IBC-behållare för att tömma klarfasen i och förvara vattnet i innan det används igen för skurning. En lösning skulle vara två IBC-behållare där

fällningstanken är placerad något upphöjd så utloppet från klarfasen är placerad ovanför den andra IBC-behållaren. Detta innebär att klarfasen kan överföras till förvaringstanken med en slang utan att behöva pumpas. Det behövs dock en till pump för att överföra klarfasen från lagringstanken till skurmaskinen vilket ökar kostnaderna.

För att röra om i IBC-behållaren bör en omrörare installeras om det ska byggas en permanent installation av anläggningen i framtiden. Det tar lång tid att få tillräckligt bra omrörning med rundpumpning och det blir även ett ojämnt stötvis flöde med membranpump vilket kan påverka flockbildningen negativt. Med en dedikerad omrörare kan man få en jämnare omrörning i tanken vilket kan förbättra flockbildningen.

För att dosera fällningskemikalierna bör automatisk dosering installeras och kalibreras. Detta för att undvika att arbetare vid verkstäder ska hantera kemikalier som är frätande. Det var dock inte praktiskt att implementera doseringsutrustning i ett så här tidigt skede av processen.

En förbättring av processen skulle kunna vara att göra en mindre fällningstank. Detta då det visade sig under projektets gång att det tar väldigt lång tid att fylla upp 1000 liter för en verkstad. Exempelvis finns det 300- och 600-liters IBC-behållare som kan vara ett bättre val.

Vattnet hinner ligga stilla för länge i tanken vilket ger bakterietillväxt, dålig lukt och ett

missfärgat vatten. Resultatet för separation av oljeindex blev avsevärt sämre när testet gjordes i fullskala. Tiden kan vara den avgörande faktorn som påverkade resultatet negativt.

Det kan även förekomma stor variation i hur hårt nedsmutsat skurvattnet är från ett verkstadsgolv. Om golvet skuras dagligen hinner det inte bli lika mycket smuts som

ackumuleras vilket skulle ge bättre värden. Under det här projektet var det 4 månaders smuts från ett verkstadsgolv som behandlades vilket gör det svårt att lyckas rena det till kraven som reningsverken sätter.

Innan projektets start testades kemisk fällning på skurvatten från samma verkstad och med samma procedur och gav ett väldigt klart vatten som inte hade någon missfärgning. Detta trots att det användes betydligt mindre fällningskemikalier då än vad som behövdes under det här projektet. Det beror troligtvis på att vattnet som testades då var betydligt mindre smutsigt och det gav en indikation på att processen skulle vara effektivare än den visade sig vara. Det kan också vara att vattnet som hämtades då var från toppen av skurmaskinen och att det redan skett en viss sedimentation av vattnet innan det kom fram till laboratoriet för test av kemiska fällningen.

(23)

9 Slutsats

Som reningsmetod är det värt att vidareutveckla den här metoden för att rena skurvatten.

Reningsgraden är bra men bör förbättras något innan den kan implementeras. Konceptet att använda en IBC-behållare som fällningstank fungerar bra, men för att undvika att skurvattnet får ligga för länge i tanken bör en kompaktare IBC-behållare på 300 eller 600 liter testas. På det sättet kan man eventuellt uppnå bättre rening och förhoppningsvis få ett bättre resultat för de organiska parametrarna som BOD/COD och oljeindex. Storleken på tanken bör anpassas för användaren och det visade sig att en IBC-behållare på 1000 liter var för stor för verkstaden där processen testades.

För att nå utsläppskraven är en potentiell lösning är att använda sig av någon typ av

polermetod efter den kemiska fällningen. Ett filtreringssteg med exempelvis aktivt kol skulle reducera mängden av organiska föreningar och sänka värdena för BOD/COD och oljeindex.

Aktivt kol har även visats kunna reducera mängden tungmetaller (Karnib et al.,

2014)(Abdulrazak, Hussaini and Sani, 2017) vilket gör det är värt att undersöka det som polermetod för den här tekniken.

Fällningstanken bör även utformas så att det enkelt går att tömma slammet i en IBC-behållare vilket gör att avfallshanteringen skulle bli billigare, då den inte skulle behöva tömmas lika ofta. Genom att placera fällningstanken ovanför en IBC-behållare som är dedikerad för slammet skulle det kunna tömmas smidigt efter varje fällning genom en kran som redan finns installerad vid botten på sidan som standard på varje IBC-behållare.

Grundidén var att kunna återanvända vattnet för att kunna skura fler gånger, men då det visade sig att vattnet inte blir tillräckligt rent bedömer jag att det inte är lämpligt att

återanvända vattnet. Vidare ger det praktiska komplikationer vilket gör det svårt att motivera den ringa vattenbesparingen det ger.

(24)

10 Referenser

Abdulrazak, S., Hussaini, K. and Sani, H. M. (2017) ‘Evaluation of removal efficiency of heavy metals by low-cost activated carbon prepared from African palm fruit’, Applied Water Science, 7(6), pp. 3151–3155. doi: 10.1007/s13201-016-0460-x.

Ali, H., Khan, E. and Ilahi, I. (2019) ‘Environmental Chemistry and Ecotoxicology of Hazardous Heavy Metals: Environmental Persistence, Toxicity, and Bioaccumulation’, Journal of Chemistry. Edited by Y. Yang, 2019, p. 6730305. doi: 10.1155/2019/6730305.

Ayres.D, David,A. Gietka (1994) Removing heavy metals from wastewater. University of Maryland.

http://www.watertechusa.com/userdata/userfiles/file/Heavy%20Metals%20Removal.pdf (hämtad 2021-08-20)

Balmér.P (2015). Parameterar för organiskt material i avloppsvatten och slam och något om deras användning. Svenskt Vatten Utveckling. http://vav.griffel.net/filer/SVU-

rapport_2015-11.pdf (hämtad 2021-08-20)

Benalia, M. C. et al. (2021) ‘Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewater by Chemical Precipitation: Mechanisms and Sludge Characterization’, Arabian Journal for Science and Engineering. doi: 10.1007/s13369-021-05525-7.

Filho, S. S. F., Hespanhol, I. and Moreira, H. A. (2000) ‘Flocculation Kinetics of Colloidal Suspensions: Effects of Metallic Coagulant Dosage and Primary Particle Concentration on the Breakup and Aggregation Constants’, in Hahn, H. H., Hoffmann, E., and Ødegaard, H.

(eds) Chemical Water and Wastewater Treatment VI. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 101–109.

Hu, Z. and Grasso, D. (2005) ‘WATER ANALYSIS | Chemical Oxygen Demand’, in Worsfold, P., Townshend, A., and Poole, C. (eds) Encyclopedia of Analytical Science (Second Edition).

Second Edi. Oxford: Elsevier, pp. 325–330. doi: https://doi.org/10.1016/B0-12-369397- 7/00663-4.

Baby, J. Raj,JS. Biby, ET. Sankarganesh, P. Jeevitha, MV. Ajisha, Su. Rajan,SS. (2010) ’Toxic effect of heavy metals on aquatic environment’. Interdisciplinary reasearch unit, Malankara catholic college. doi: https://doi.org/10.4314/ijbcs.v4i4.62976

Karnib, M. et al. (2014) ‘Heavy Metals Removal Using Activated Carbon, Silica and Silica Activated Carbon Composite’, Energy Procedia, 50, pp. 113–120. doi:

https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.014.

Livsmedelsverket (2021). Mikrobiologiska parametrar.

https://kontrollwiki.livsmedelsverket.se/artikel/379/mikrobiologiska-parametrar (hämtad 2021-05-24)

Naturvårdsverket. (2017). Utsläpp i siffror - Nickel (Ni).

https://utslappisiffror.naturvardsverket.se/Amnen/Tungmataller/Nickel/ (Hämtad 2019-11- 21)

Naturvårdsverket. (2020). Fakta om bly. https://www.naturvardsverket.se/Sa-mar- miljon/Manniska/Miljogifter/Metaller/Bly-Pb/ (hämtad 2021-05-25)

(25)

Naturvårdsverket. (2020). Fakta om kadmium och kadmiumföreningar.

https://www.naturvardsverket.se/Sa-mar-miljon/Manniska/Miljogifter/Metaller/Kadmium/

(hämtad 2021-08-29).

Näckrosbroschyren (2017). Riktlinjer för utsläpp av avloppsvatten från industrier och andra verksamheter. Tekniska verken i Lindköping AB.

https://www.tekniskaverken.se/siteassets/tekniska-verken/vatten-och- avlopp/industrier/utslapp_industrier.pdf

Shanker, A. K. et al. (2005) ‘Chromium toxicity in plants’, Environment International, 31(5), pp. 739–753. doi: https://doi.org/10.1016/j.envint.2005.02.003.

Svenskt Vatten. (2019). Råd vid mottagande av avloppsvatten från industri och annan verksamhet (P95). https://www.svensktvatten.se/globalassets/avlopp-och-

miljo/uppstromsarbete-och-kretslopp/p95-2019-rad-vid-mottagande-av-avloppsvatten-fran- industri-och-annan-verksamhet.pdf (hämtad 2021-08-20)

Persson, Per Olof (2018). Miljöskyddsteknik: Strategier & teknik för miljöskydd. Stockholm:

Ingenjörspedagogik, KTH.

(26)

Bilaga 1 – Obehandlat skurvatten

(27)

Bilaga 2 – Behandlat skurvatten laboratorieskala

(28)

Bilaga 3 – Behandlat skurvatten fullskala

(29)

Bilaga 4 – Bakterieprov innan fällning

(30)

Bilaga 5 – Bakterieprov efter behandling