Driftoptimering av luftningssystem och närsaltsdosering i ett skogsindustriellt reningsverk : Utvärdering av en biologisk reningsprocess ur ett energi-, miljö- och kostnadsperspektiv

Sammanfattning: Dagens samhälle står inför många utmaningar där energieffektivisering är en stor del för att nå Sveriges energipolitiska mål. Det finns anledning att effektivisera och optimera energianvändningen i Sveriges papper- och massaindustrier då de står för en stor andel av nationell energiförbrukning. Papper- och massatillverkning genererar processavloppsvatten som kräver rening då det innehåller en hög halt organiska ämnen som kan orsaka miljöproblem vid utsläpp till närliggande recipient. För att resurs- och miljöeffektivisera krävs god förståelse och kunskap kring hur den aktuella reningsprocessen ser ut och vilka påverkansfaktorer som spelar störst roll då de varierar från bruk till bruk.  I det här examensarbetet undersöks möjligheten att effektivisera en biologisk reningsprocess på Stora Enso Skoghalls bruk med hänsyn till elanvändning för luftning och tillsättning av närsalter. På grund av en ny installering av luftningsteknik så har bruket förbättrat förutsättningarna för syresättning och har efter detta ett ökat överskott på syre i deras luftade damm. Installationen öppnade för att kunna reglera lufttillförseln och även en möjlighet att studera närsaltsdoseringen då dessa faktorer har stor påverkan på funktionen av det biologiska reningsverket.  En beräkningsmodell över reningsprocessen formades efter processdata från bruket med målsättning att göra en modell som stämde väl överens med verkligheten. Olika scenarion har därefter studerats för att jämföra vilka åtgärder som har störst inverkan på miljöpåverkan, driftkostnad och energianvändning. Förändring av antalet ytluftare i drift efter syrebehov i den luftade dammen genomfördes som ett scenario. Minskning av slamålder undersöktes med hänsyn till luftning och närsaltsbehov i den luftade dammen. Även en sänkning av syrenivån i MBBR:en (biofilmreaktor med rörlig bädd) undersöktes samt installation av den nya luftningstekniken Hyperclassic i halva volymen av den luftade dammen, dels i kombination, dels som separata scenarion. En möjlighet till bypass runt MBBR undersöktes där olika andelar av flödet fick passera direkt till den luftade dammen. Med hänsyn till tidigare genomförd närsaltsdosering på bruket när det tillsättes enbart under vinterhalvåret så undersöktes nu möjligheten att säsongsanpassa tillsättningen av urea och fosforsyra. Dessa nio scenarion har jämförts mot referensfallet som är dagens drift av den biologiska reningen.  Målen med studien var att utforma en verklighetsanpassad beräkningsmodell för att identifiera möjliga förändringar i den biologiska reningen som resulterar i ett energieffektivt och miljömässigt bättre driftförslag.  Resultaten visar att det mest energi- och kostnadseffektiva scenariot var en kombination av åtgärder som sänkning av syrehalten i MBBR:en från 3 mg l-1 till 2 mg l-1 och användning av Hyperclassic i större delen av den luftade dammen. Det gav en kostnadsminskning på 48,5% och en minskning av energianvändning på ca 60% från referensfallet utan att påverka reningens effektivitet.  Störst påverkan på miljön har användningen av urea och fosforsyra vilket resulterade i att en minskning av närsaltsdosering på sommarhalvåret gav en stor minskning på miljöpåverkan. Det finns en möjlighet att reducera klimatpåverkan med omkring 100 ton CO2-ekv. år-1 i global uppvärmningspotential och omkring 140 kg PO43—ekv. år-1 i övergödningspotential. Det övergripande målet att utforma en verklighetsanpassad beräkningsmodell över reningsverket uppfylldes. Slutsatsen är också att till synes små förändringar, som att sänka syrehalt i MBBR och tillämpa en mer optimal dosering av närsalter, har betydande inverkan på energianvändning, driftkostnad och miljöpåverkan.