Förbehandling av skogsindustriellt avloppsvatten i pilotskala : Fluidiserad biofilmsprocess, robust försteg till luftad damm

• Main Author: Bergqvist, Liv
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper 2016
• Subjects: biorening; försteg; pilotskala; MBBR
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-43563

Skogsindustriellt avloppsvatten behöver genomgå flertalet reningsprocesser innan det kan återföras till recipient. Vid Stora Ensos bruk i Skoghall används en luftad damm med slamåterföring som biologisk rening. Extraktivämnen i avloppsvatten försvårar luftning i dammen och problem med reningen kan uppstå då kommande skärpta utsläppskrav ska efterföljas från och med 2018. För att möjliggöra en kommande produktionsökning samtidigt som skärpta utsläppskrav följs driver nu Stora Enso ett investeringsprojekt för att effektivisera avloppsvattenreningen. En utredning ska genomföras med syfte att redovisa om ett försteg till den luftade dammen i form av en MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) skulle kunna underlätta rening i den luftade dammen. Om så är fallet kan en ökad produktion vara möjlig utan att ändra på dagens luftade damm samtidigt som utsläppsvillkor uppfylls. Detta är en fortsatt utredning av Karin Arvsells arbete som undersökte MBBR och luftad damm i labbskala. Stora skillnader mellan dessa arbeten är att vatten direkt från produktionen kontinuerligt går till försteget och att temperaturen i reaktorn inte regleras utan beror av vilka vattenflöden som skickas till luftad damm. En pilotanläggning byggdes upp på Stora Enso Skoghalls bruk där en Cipax-tank användes som reaktor och en bottenluftare byggdes på plats av en membranslang från luftad damm. Ett delflöde av det totala avloppsflödet till luftad damm leddes till reaktorn. Slang för inflöde gick in i botten av tanken för att bidra till omblandningen, resterande omblandning stod luftarsystemet för. Tanken var fylld med 800 liter vatten som reagerade med mikroorganismer växande som en biofilm på bärare. Uppehållstiden varierades med hjälp av en manuell ventil. För att utreda hur robust försteget är i förhållande till produktionsvariationer har TOC- och kloratreduktion analyserats samtidigt som tester har genomförts på ytaktiva ämnen, närsalter, SÄ, temperatur, VFA, SVI, EDTA, HRT och syrehalt. Luftningsförsök för att utreda hur effektiviteten på syresättningen påverkas av ett försteg samt kartläggning av mikroorganismer genomfördes. Pilotförsöken delades upp i tre olika försöksperioder. Under de 19 första dagarna genomfördes testperiod 1 där vattnet luftades i reaktorn utan bärare. Försöksperiod 2 var 45 dagar lång där avloppsvattnet reagerade med mikroorganismer växande som en biofilm på bärare. Försöksperiod 3 som var 16 dagar lång inleddes med att reaktorn isolerades. Utformningen av försöksperiod 3 är ett resultat av provsvar från försöksperiod 2 där det framkom att temperaturen sjönk nämnvärt under de timmar vattnet befann sig i reaktorn. Testperiod 2 visade reduktion av samtliga parametrar med en medelreduktion av TOC på 40 % och 86 % reduktion av klorat. Vid ytspänningsanalys visades en högre ytspänning på utgående vatten vilket tyder på att ytaktiva ämnen brutits ner. Detta underlättar luftningen vilket sågs tydligare efter luftningsförsök på ingående och utgående vatten där hastigheten för syretransporten dubblerades. Både frisimmande organismer och protozoer i form av klockdjur och toffeldjur hittades i vattnet. I samband med uppstart av testperiod 3 var CTMP-produktion och blekeri stoppat vilket ledde till att kvarvarande avloppsflöde hade en ingående temperatur på 51°C. Den höga temperaturen och det förändrade innehållet i avloppet samtidigt som reaktorn isolerades bidrog till att mikroorganismerna slogs ut. Klorat reducerades med 93 % och TOC reducerades med 19 %. Reduktionsgrader av övriga parametrar var lägre än tidigare och vid luftningsförsök visades ingen förbättring av syretransporten. Reduktionsgrader har varierat från dag till dag men då rimliga orsaker är kända kan resultaten anses trovärdiga, vilket innebär att ett biologiskt försteg i form av en MBBR som hanterar inkommande avloppsvatten med dess varierande temperatur kan underlätta rening för luftad damm. Ytaktiva ämnen bryts ner under den korta reaktionstiden i försteget och syretransporten dubbleras. Vid produktionsstörningar kan termofila förhållanden råda istället för mesofila som är fallet vid normalproduktion. Detta kan slå ut mikroorganismerna vilket påverkar avloppsvattenreningen negativt. För att lösa problemet kan eventuellt varma flöden ledas direkt till luftad damm eller att genom kylning hålla ingående temperatur under 45°C. === Paper mill wastewater passes through several different purification steps before being reintroduced to the recipient. Stora Enso paper mill in Skoghall uses an aerated lagoon with sludge recirculation as biological treatment. Extractives in wastewater aggravates the aeration in the pond and problems with the purification can occur when stricter emission requirements needs to be followed from 2018. Stora Enso is now running an investment project to improve the efficiency of the wastewater treatment to enable future production growth while stricter emission standards are followed. A pre-treatment step before the aerated lagoon designed as a MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) will be analyzed to present whether it can ease the wastewater treatment in the aerated lagoon or not. If so, production growth could be possible without change the present aerated lagoon while emissions conditions are met. This is a further investigation from Karin Arvsells work that studied a MBBR and aerated lagoon in lab scale. Large differences between these studies are that the wastewater goes to the pre-treatment continuously and the temperature is not regulated. A pilot plant was built at Stora Enso Skoghall mill where a Cipax-tank was used as a reactor and an aerator was built with membrane from the aerated lagoon. A partial flow of the total wastewater flow to the aerated lagoon was passed to the reactor at the bottom of the tank. The incoming wastewater and the aerator mixed 800 liters of water with the microorganisms growing as a biofilm on the carriers. The hydraulic retention time was controlled with a manual valve. TOC- and chlorate reduction, extractives, nitrogen, phosphorus, suspended solids, temperature, VFA, SVI, EDTA, HRT and oxygen content are analyzed to find out how robust the pre-treatment is. Tests were made to analyze how effective the oxygen dissolves after a pre-treatment and to identify the microorganisms in the wastewater. The experiments were divided into three different periods. Under the first 19 days was trial 1 performed where the water reacted in the MBBR without carriers. Trial 2 was 45 days long and the wastewater was pre-treated with microorganisms growing on carriers. Trial 3 lasted for 16 days and then the wastewater was treated in an isolated tank with carriers. The design of trial 3 was a result of the test results from trial 2 where the temperature dropped significantly during the hours the wastewater was treated in the reactor. Trial 2 showed reduction of all parameters with an average reduction of 40 % of TOC and 86 % reduction of chlorate. Surface tension analysis demonstrated a higher surface tension after the pre-treatment step which indicates that extractives were decomposed. The higher surface tension will ease the aeration in the aerated lagoon which was shown in the aeration tests were the rate of oxygen transport was doubled. Both free-swimming organisms and protozoa were found in the water. At the start of trial 3 the production of CTMP and the bleaching process were stopped. As a result, the remaining wastewater had a temperature of 51°C. The high temperature and the changed content of the wastewater at the same time as the reactor was isolated resulted in an elimination of the microorganisms. Chlorate was reduced by 93 % and TOC by 19 %. The reductions of the other parameters were lower than before and the aeration trials showed no improvement in oxygen transport. The reduction varied from day to day but since reasonable causes are known, the results are considered reliable. This means that a biological pre-treatment step in form of a MBBR can ease the purification in the aerated lagoon. Extractives are decomposed during the short reaction time and the oxygen transport is duplicated. If the production is disrupted, thermophilic conditions may occur instead of mesophilic conditions which are the normal setting. This may eliminate the microorganisms which affect the wastewater treatment negatively. To solve the problem, the hot water could be led directly to the aerated lagoon or by cooling the water keep the incoming temperature under 45°C.