Flotaatio jätevedenpuhdistamon tertiäärivaiheena eräässä paperitehtaassa

Abstract

Työn tavoitteena oli selvittää, kuinka tehokkaasti pystytään aktiivilieteprosessin läpikäynyttä, jälkiselkeytettyä vettä edelleen puhdistamaan flotaatiolla ennen sen johtamista vesistöön. Tarkoituksena oli löytää sellaiset kemikaalit ja näiden annokset, joilla tehtaalle asetetut jätevesien lupa-arvot voitaisiin huonossa tilanteessa, jätevesikuormitushuippujen aikana alittamaan.

Työn kirjallisessaosassa tarkasteltiin lyhyesti, minkälaista jätevesikuormaa mekaanista massaa valmistavalta tehtaalta yleensä syntyy ja millaiset ovat tavanomaiset puhdistusmenetelmät. Myös flotaation teoriaa esiteltiin. Kokeellinen osa koostui kolmesta päävaiheesta: esi- eli niin sanotuista kuppikokeista, pilot-flotaatiokoeajoista jalaitosmittakaavan flotaatiokoeajoista. Esikokeet tehtiin niin kutsutulla Jar Test -laitteistolla ja pilot-flotaatiolaitteistona työssä käytettiin YIT:n valmistamaa pilot-flotaattoria. Laitosmittakaavan flotaatioaltaat olivat aikaisemmin biolietteen tiivistykseen käytettyjä, myöhemmin tertiääripuhdistukseen modifioituja flotaatioaltaita.

Laitosmittakaavan flotaatiokoeajoissa testattiin neljän eri saostuskemikaalin ¿ polyalumiinikloridin (KEMPAC 18), rautapitoisen alumiinisulfaatin (AVR), ferrisulfaatin ja alumiinisulfaatin ¿ tehokkuutta tertiäärivaiheessa käsiteltävän veden puhdistajana. Esi- ja pilot-kokeiden perusteella laitosmittakaavan kokeisiin valittiin saostuskemikaalien rinnalle polymeeriksi Superfloc C 491. AVR- ja alumiinisulfaattiannokset laitosmittakaavan kokeissa olivat 200 ppm ja 400 ppm. KEMPAC 18- ja ferrisulfaattiannokset olivat 200ppm, 400 ppm ja 600 ppm. Polymeeriannos kokeissa oli pääasiassa 1,2 ppm.

Tertiäärivaiheeseen tulevasta vedestä ja poistuvasta kirkasteesta määritettiin kiintoaine, pH, liukoinen ja kokonais-COD, liukoinen ja kokonaisfosfori sekä liukoinen ja kokonaistyppi. Laitosmittakaavan koeajojen tulosten mukaan eniten tertiäärivaiheessa saatiin käsiteltävästä vedestä erotettua fosforia ja toiseksi eniten COD:ta. Typpireduktiot olivat verrattain alhaiset ja myös kiintoainereduktiot jäivät usein pieniksi tai olivat jopa negatiiviset. Kaikki saostuskemikaalit saostivat COD- ja ravinnekuormaa. Eniten kuormaa saostuskemikaaleista saatiin erotettua AVR:llä ja toiseksi eniten KEMPAC 18:lla. Laitteistojen käyttökustannuksia huomioimatta AVR olisi edullisin vaihtoehto saostuskemikaaaliksietenkin pidempiaikaisessa käytössä.

Lisäksi työssä tutkittiin polymeeriannoksen kasvattamisen 1,2 ppm:stä 2,5 ppm:ään vaikutusta puhdistustulokseen, kun saostuskemikaaliannos pidettiin vakiona. Tulosten mukaan polymeeriannoksen kasvattaminen kasvatti kokonais-COD- ja kokonaisfosforireduktiota. Myöslaitosmittakaavan flotaatioaltaiden pohjaputkistoja vertailtiin kiintoainereduktioiden perusteella. Kokeissa saatujen tulosten mukaan ei voitu sanoa, oliko toisen altaan pitkä kirkasteenpoistoputki vai toisen altaan lyhyt kirkasteenpoistoputki parempi vaihtoehto.

The aim of this study was to examine how efficiently the wastewater can be purified bymeans of flotation and chemical precipitation in the so called tertiary treatment, when the water has already been treated in active sludge plant and clarifiedin secondary clarifier. The idea was to find such chemicals and doses, with what it could be possible to go under the wastewater licences given to the paper mill when necessary.

In the literature part of this study it was represented the most common wastewater treatment methods and composition of wastewater in paper mill producing mechanical pulp and the theory of flotation. The empirical part of this master's thesis consisted of three stages: preliminary, so called cup tests, pilot-flotation tests and full scale flotation tests. Thepreliminary tests were made with Jar Test equipment and the pilot flotation clarifier was made by YIT. The full scale flotation clarifier in the study was earlier used as a thickener of biosludge in the mill and later modified as a tertiary treatment stage.

In the full scale flotation tests it was investigated how effectively can four different coagulants ¿ polyaluminium chloride (KEMPAC 18), ferriferous aluminium sulphite (AVR), ferric sulphite and pure aluminium sulphite ¿ purify the water in flotation process. As a result of the preliminary and pilot tests, the polymer Superfloc C 491 was chosen to be dosed intertiary treatment with the coagulants. The AVR- and aluminium sulphite doses in the full scale tests were 200 ppm and 400 ppm. Polyaluminium chloride- and ferric sulphite doses in the tests were 200 ppm, 400 ppm and 600 ppm. The polymer dose in these tests was usually 1,2 ppm.

The laboratory analyses of suspended solids, pH, chemical oxygen demand, phosphorous and nitrogen were made from the water coming to the tertiary phase and the purified water. The results of the full scale tests showed that the COD-reductions were highest and phosphorous reductions second highest. On the contrary, the nitrogen reductions were relatively small. Also the reductions of suspended solids were often smallor even negative. Every coagulant precipitated some of the COD-, phosphorous-, and nitrogen loadings. Most of the COD- and nutrient loadings were removed by AVR. AVR would also be the most inexpensive option especially when coagulation is used a long-time period.

In addition, it was investigated the effect of increasing the polymer dose from 1,2 ppm to 2,5 ppm to the reductionresults, when the coagulant dose remained the same. The results showed that the increasing of polymer dose increased also the reductions of COD and phosphorous. Also the bottom pipes of the flotation clarifiers were investigated. Resultsdidn't tell if the long pipe gives better suspended solids reductions than the short pipe.