Optimerad förfällning med hydrolys och fermentation av primärslam för utvinning av kolkälla till efterdenitrifikation.

Sammanfattning: Att rena vatten är kostsamt, från både en ekonomisk och miljömässig synpunkt, då behovet av fällningskemikalier, kolkällor och energi är stort. Det är därför önskvärt att titta på alternativa lösningar som möjliggör reningsverk att bli mer självförsörjande och kretsloppsanpassande. Hammarby Sjöstadverket är en pilotanläggning för avloppsvattenrening belägen i Stockholms sydöstra stadsdel i Henriksdal och ägs av IVL, Svenska Miljöinstitutet samt KTH. Sedan pilotanläggning byggdes år 2002, har flera olika reningstekniker utvärderats där fokus ligger på att sträva efter miljövänliga och kretsloppsanpassade system. Bland annat har en förfällningsteknik, så kallad trepunktsfällning utvärderats. Trepunktsfällningen innebär att ett metallsalt följt av två olika polymer tillsätts i flockningskammaren i inbördes ordning för att på så sätt kunna reducera en högre halt av det organiska materialet. Tidigare fällningsförsök på Hammarby Sjöstadsverket, har visat på att trepunktsfällningen kan avskilja det organiska materialet med upp till 90 %, vilket kan jämföras med en avskiljning på endast 75 % med vanlig förfällning. Detta examensarbete syftar till att validera redan framtagna resultat inom trepunktsfällning samt att genom biologisk hydrolys av primärslam, utvinna en kolkälla till efterdenitrifikationen innehållande så höga halter flyktiga fettsyror, Volatile Fatty Acids, (VFA) som möjligt samt undersöka kostnaderna för ett avloppsreningsverk med trepunktsfällning, biogasutvinning och uttag av intern kolkälla från primärslammet vid en uppskalning motsvarande 100 000 personekvivalenter. Fällningsförsöken utfördes i pilotskala med fällningskemikalien PAX XL-36 kombinerat med en lågmolekylär organisk polymer, Purfix-120, följt av en högmolekylär oorganisk polymer Superflock C-494. Syftet med trepunktsfällningen var att validera redan framtagna resultat inom trepunktsfällning och på så sätt avskilja så stora mänger organiskt material som möjligt i förfällningen så att ett primärslam innehållande en hög halt Chemical Oxygen Demand (COD) erhålls. Två olika doseringar med PAX XL-36 testades, 145 respektive 193,5 g/m3. Bäst reduktion av COD och fosfor erhölls då 193 g/m3 PAX XL-36 kombinerades med 60 g/m3 Purfix-120 samt 0,025 g/m3 Superflock C-494. Då erhölls en COD-reduktion på 75 % samt en totalfosforreduktion på 83 %. Genom hydrolys av primärslam i laboratorieskala undersöktes torrsubstanshalter (TS-halter) på 1, 2 respektive 3 % och uppehållstider på upptill åtta dagar. Syftet med hydrolysen var i detta fall att undersöka vilken torrsubstanshalt samt vilken uppehållstid som gav högst produktion av VFA. Försöken visade att en TS-halt på 3 % producerade högst andel VFA och att produktionen av VFA för samtliga TS-halter var som störst under dygn två. VFA- och COD-produktionen ökade linjärt för samtliga TS-halter fram till och med dygn fem. Efter dygn fem började produktionen av VFA och COD för TS-halterna 1 och 2 % avta något. TS 3 % visade dock inte samma avtagande trend för VFA.  Även den dagliga ammoniumhalten och pH undersöktes. Ammoniumhalten ökade i takt med att VFA-halten ökade. pH hade generellt sett en avtagande trend. Fyra olika denitrifikationsförsök genomfördes i laboratorieskala med det uttagna hydrolysatet där den tillsatta COD-halten antingen var 3,3 eller 4 gånger den initiala nitratkvävekoncentrationen. Syftet med denitrifikationsförsöken var att utvärdera det framtagna hydrolysatets funktion som en kolkälla. Denitrifikationsförsöken uppvisade denitrifikationshastigheter mellan 4,3 och 7 mg NO3-N/g volatile suspended solids'h med kol-kvävekvoter (C/N-kvoter) mellan 3,9 och 12,3 mg COD/mg NO3-N. Lägst C/N-kvot erhöll lägst denitrifikationshastighet. Dock kunde inte slutsatsen dras att högst C/N-kvot gav högst denitrifikatioshastighet. Även de ekonomiska aspekterna undersöktes i syfte att utreda kostnaderna för ett avloppsreningsverk med trepunktsfällning, biogasutvinning och uttag av intern kolkälla från primärslammet vid en uppskalning motsvarande 100 000 personekvivalenter. Uttaget av en intern kolkälla skulle trots förlust i biogasutvinning vara ekonomiskt gynnsamt. Vinsten, i form av att ej behöva inhandla en extern kolkälla, i detta fall etanol, motsvarar biogasförlustens belopp. Trepunktsfällningens fällningskemikaliekostnader var den största posten och uppgick till 8 060 000 kr. Denna kostnad kontra mindre energiförbrukning i biosteget undersöktes också. Här uppgick besparingarna i biosteget till ca 1/8 av fällningskemikaliekostnaderna. Då trepunktsfällningen endast kunde ge en 75-procentig COD-reduktion, vilket motsvarar en vanlig förfällning, anses trepunktsfällningen vara ekonomisk ogynnsam då den medför extra kostnader av polymerer.  Istället borde trepunktsfällningen ersättas med en förfällning. Sammanfattningsvis kan det konstateras att en intern kolkälla i form av hydrolyserat primärslam skulle kunna ersätta en extern kolkälla rent funktionsmässigt. Dock måste åtgärder göras för att minimera produktionen av ammonium under slamhydrolysen. Ur ett ekonomiskt perspektiv skulle utvinningen av en intern kolkälla endast vara ekonomisk gynnsam då trepunktsfällningen ersätts med förfällning.