Försök med inblandning av stärkelsebaserade polymerer vid slamavvattning i pilot- och fullskala visade att användningen av syntetiska polymerer kunde minskas med mellan 20 och 30 % med bibehållen TS-halt i det avvattnade slammet.
Av: Bengt Andersson
Omkring 50 % av avloppsslammet från 28 länder i Europa disponeras genom direktspridning på åkermark (uppgift för 2015). Avvattning av slammet före disponering erfordras och vid avvattningen används syntetiska polymerer baserade på polyakrylamid (PAM). PAM-polymerer kan ha en negativ påverkan på miljön beroende på deras toxicitet och att de inte är biologiskt nedbrytbara. Kraven på slammets kvalitet vid användning på åkermark skärps kontinuerligt och i Tyskland har en ny förordning tillkommit 2012, där en minskning med 20 % av den polymera substansen i PAM krävs inom två år från januari 2017. Ett tillägg gällande från den 1 januari 2019 föreskriver dessutom att mängden aktiv substans av PAM inte får överstiga 45 kg per hektar inom tre år.
En ersättning av PAM-baserade polymerer med naturliga och nedbrytbara polymerer erfordras. En stärkelsebaserad helt biologiskt nedbrytbar polymer (SCBP), uppbyggd av två homopolymerer av D-glykos, kan vara ett intressant alternativ för att kombinera de individuella fördelarna med stärkelse och syntetiska polymerer.
Syftet med refererad studie var att utveckla en testmetod i bägare för utvärdering av optimal polymerdosering för slam, att jämföra avvattningsbarheten av slam med tillsats av SCBP och PAM genom försök i pilot- och fullskala samt att värdera potentialen av SCBP som ersättning av PAM vid avloppsreningsverk.
Genomförande
Försöken utfördes i laboratorie-, pilot- och fullskala vid tre olika avloppsreningsverk i Tyskland med olika typer av slam och avvattningsutrustning. Vid två anläggningar gjordes försök med förtjockning av överskottsslam i trumfilter resp. bältfilterpress och vid den tredje anläggningen gjordes försök med avvattning av rötslam i centrifug. Testade polymerer utgjordes av 2 SCBP (som ännu inte finns kommersiellt tillgängliga) samt 3 PAM. Samtliga produkter var katjonaktiva med en hög molekylvikt och med en laddningstäthet varierande från medium till mycket hög.
Vid försöken doserades dels polymererna separat dels i olika blandningsförhållanden. Metodik för bestämning av optimal polymerdos (OPD) utvecklades i form av bägarförsök baserade på en titrimetrisk metod och med observationer av flockstorlek och -struktur. Ersättningspotentialen bestämdes dels som mängd ersatt PAM dels procentuellt.
Resultat
Vid pilotförsök med centrifugering av rötslam ställdes centrifugens driftparametrar in vid varje försök för att uppnå en hög TS-halt och en bra kvalitet på rejektvattnet med en hög avskiljningsgrad. Vid dosering av enbart stärkelsepolymer framkom att en högre dosering (cirka 50 %) erfordrades och att en lägre TS-halt i slamkakan (cirka 40 %) uppnåddes i jämförelse med dosering av enbart PAM-polymer. Dessutom var avskiljningsgraden lägre (cirka 77 % jämfört med nästan 100 % med PAM) beroende på att stärkelsepolymeren inte utvecklade tillräcklig flockstabilisering för skjuvkrafterna vid centrifugering.
Vid en blandning av stärkelse- och PAM-polymer framkom att bäst resultat erhölls om stärkelsepolymeren tillsattes före PAM. Flera körningar med en blandning 50/50 stärkelse/PAM visade att OPD var densamma liksom uppnådd TS-halt i slamkakan och avskiljningsgrad. Substitutionen av PAM varierade mellan 42 och 54 %. Vid en blandning 70/30 erfordrades något högre dosering medan TS-halt och avskiljningsgrad var oförändrade.
Vid fullskaleförsöken med centrifugering testades blandningar av polymerer 30/70, 40/60 och 50/50. Den optimala polymerdoseringen var ungefär densamma som med enbart PAM och samma TS-halt i slamkakan uppnåddes (mellan 23,2 och 25,7 %). En substitution av PAM med upp till 34 % var möjlig utan minskning av TS-halten i slamkakan. Avskiljningsgraden minskade dock från drygt 90 % med PAM-polymer till omkring 70 % men baserat på pilotförsöken borde justeringar av centrifugens driftparametrar som vridmoment och differensvarvtal kunna medföra en förbättrad avskiljningsgrad.
Förtjockning av överskotsslam i trumfilter gav lovande resultat i bägarförsök. Försök i fullskala med tillsats av olika blandningar av stärkelse- och PAM-polymer visade dock att bildade flockar hade en otillräcklig stabilitet mot skjuvning. Den maximala substitutionen av PAM uppgick till 31 % med en acceptabel TS-halt i det förtjockade slammet (> 4 %).
Förtjockning av överskottsslam i bältfilterpress medför lägre skjuvkrafter, vilket borde vara en fördel vid användning av stärkelsepolymerer. Olika blandningar (25/75, 33/66, 50/50 och 66/33 stärkelse/PAM) testades med målsättningen att uppnå en TS-halt i det förtjockade slammet av minst 4 %. Blandningsförhållandet 50/50 eller mer gav en otillräcklig TS-halt (mellan 3,4 och 3,8 %). Det kritiska blandningsförhållandet uppgick till 33/66, då TS-halten i det förtjockade slammet klart översteg 4 % och 33 % av PAM kunde ersättas. Vid ett blandningsförhållande 25/75 med en substitution av 25 % kunde en säker drift upprätthållas.
Slutsatser
Försök med ersättning av syntetiska polymerer baserade på polyakrylamid (PAM) med stärkelsebaserade nedbrytbara polymer vid avvattning och förtjockning av slam visade att
- mellan 20 och 30 % av PAM-baserade polymerer kunde ersättas av stärkelsepolymerer med samma TS-halt i det avvattnade eller förtjockade slammet med olika avvattningsutrustning
- kravet i den tyska förordningen med en minskning av användningen av PAM med 20 % kunde mötas med stärkelsebaserade polymerer
- resultatet kan förbättras genom optimering av driftparametrar vid avvattningsutrustningen
Källa: K. Zhou, J. Stüber, R-L. Schubert, C. Kabbe, M. Barjenbruch. Full-scale performance of selected starch-based biodegradable polymers in sludge dewatering and recommendation for application. Water Science & Technology 77.1 2018, pp 7 – 16.
