Kemisk fällning av fosfor med tvåvärt järn i kombination med aktivslam eller membranbioreaktor

Detta är en Uppsats för yrkesexamina på grundnivå från KTH/Skolan för kemivetenskap (CHE)

Sammanfattning: Stockholm Vatten AB (SVAB) behöver utöka kapaciteten på avloppsreningsverket i Henriksdal. Därför kommer en membranbioreaktor (MBR) att implementeras i dagens befintliga aktivslamanläggning. Den nya anläggningen dimensioneras för att kunna hantera det förväntade flödet år 2040. Det framtida verket kommer dessutom behöva rena avloppsvatten som i dagsläget behandlas i verket i Bromma. Ytterligare förväntas utsläppskraven för fosfor (P), kväve (N) och organiskt material (BOD7) att skärpas.   För närvarande bedriver SVAB i samarbete med IVL (Svenska miljöinstitutet) en pilotanläggning i Sjöstadsverket för att undersöka hur tekniken effektivt kan implementeras i Henriksdal. En stor utmaning för att optimera driften är reningsprocessen av fosfor. Som alternativ till efterfällning av fosfor önskar Henriksdal att simultanfälla fosfor med tvåvärt järn (Fe2+) i MBR:en.   I följande arbete utreds hur kemisk fällning av fosfor med Fe2+ fungerar i kombination med aktivslam och mer specifikt, med MBR. Syftet med arbetet är att bidra med kunskap till fortsatta studier i Sjöstadsverket inför implementeringen av MBR i Henriksdal. Arbetet utreder delar inom den kunskap och forskning som finns gällande området idag och identifierar kunskapsluckor inom studiet. Fokus har bland annat legat på att beskriva; mekanismer och reaktionskinetik; utreda vilka parametrar som styr utfällningen; hur slammet och den biologiska aktiviteten påverkas; samt hur dosering av järn inverkar på MBR.   Få studier har gjorts inom området och i många fall varierar resultaten studierna emellan. Detta beror sannolikt på två faktorer: 1) Vattenmatrisen i avloppsvattnet är komplex. 2) Avloppsvattnets innehåll kan variera mycket.   Exakta reaktioner och mekanismer för hur fosfor avskiljs med järn(II)dosering är ännu inte fullständigt klarlagt. En stor del av Fe2+ som tillsätts kommer att oxideras till trevärt järn (Fe3+). Oxidationshastigheten av Fe2+ styrs främst av pH och syretillgänglighet i vatten och hastigheten varierar kraftigt med avseende på dessa parametrar. Fe2+ kan även oxideras biologiskt under anoxiska förhållanden av denitrifierare. Fosfor avskiljas i sin tur antingen direkt genom utfällning med Fe2+ eller Fe3+, eller genom adsorption till järnhydroxider.   Järn(II)dosering inverkar på slammets morfologi, sedimenteringsindex, storlek och stabilitet. Dosering med Fe2+ ger kompakta flockar med släta och täta ytor samt få utstickande filament. Fe2+ kan inverka på den biologiska aktiviteten i slammet, men där finns bevis gällande både en synergistisk inverkan och en reducerande effekt.   Generellt rekommenderas att molförhållanden över 2, Fe2+:P används för att uppnå tillräcklig avskiljning av fosfor i aktivslam. Liknande molförhållande tycks rekommenderas i MBR. Utöver doseringshalt kan även doseringspunkt inverka på både avskiljningsgraden av fosfor och nedsmutsningen av membranen.   I studien sammanställdes även en massbalans av flödet och järn i MBR-linjen i Sjöstadsverket. Ytterligare gjordes analyser på vattnet för att undersöka förhållandet   Vid massbalansen uppmärksammades att avskiljningen av fosfor är låg i förluftning (FL) och försedimentering (FS). Avskiljningsgraden låg under vad som förväntades (uppmätt 18 %, förväntad 50 %). Den låga avskiljningsgraden beror sannolikt på att FL och Fs är förhållandevis små. I MBR erhölls ett 40 % större uttag av järn jämfört med inkommande halt järn till MBR. Det bör kunna förklaras av att järnhalten i slammet under denna period var ovanligt hög.   Förhållandet mellan fria Fe2+- och Fe3+-joner analyserades i tvåpunkter, efter FL (mätpunkt 1) och efter FS (mätpunkt 2). I mätpunkt 1 hade 80 % av järnjonerna fällt ut och ca 60 % oxiderat till trevärt järn. Uppehållstiden i FL är ca 13 min.   pH mättes i hela MBR-reningslinjen. I FL och FS låg pH kring ungefär 7,5 och i MBR-reaktorerna låg pH omkring 6,5. Det förenklade hastighetsuttrycket för oxidation av järn vid syrerika förhållanden d[Fe (II)]/dt = -k

  HÄR KAN DU HÄMTA UPPSATSEN I FULLTEXT. (följ länken till nästa sida)