Annons Kamstrup 2024

Automatisering av ozondosering för att minimera utsläpp av mikroföroreningar

Internationell VA-utveckling 7/22

Dosering av ozon till ett väl renat avloppsvatten är en kompakt och effektiv teknik att kraftigt minska halten av mikroföroreningar. Den enklaste styrningen är att tillsätta ozon flödesproportionellt (samma g/m3). Styrningen kan förbättras med SAK-givare (absorption vid 254 nm), som kan användas på mer eller mindre avancerade sätt. Styrning av aktivt kol i samma syfte redovisas i en del II.

Av: Hans Holmström

Ett bra och stabilt reningsresultat för avskiljning av mikroföroreningar kräver någon form av automatisering. Det påverkar även driftekonomin positivt då ozonproduktion är energikrävande. I Tyskland och Schweiz är reningskraven vanligen 80 % avskiljning för vissa utvalda ämnen som årsmedelvärde baserade på dygnsprover. Krav på kortare perioder än år anses inte vara befogade.

Aktuell mätteknik

Flöde
Flödet genom reningsanläggningen är en nödvändig mätparameter. Det kan ske på sedvanligt sätt med öppna rännor eller rörflödesmätare.

SAK
Den spektrala absorptionskoefficienten (SAK) är ett mått på vattnets innehåll av organiska ämnen. Vanligen används en våglängd på 254 nm, vid vilken absorptionen är kraftig. SAK-givare kan ha en spaltvidd på 4 – 100 mm. Låga värden kräver en stor spaltvidd för att få en tydlig signal och små mätfel. Bra resultat för ett väl renat kommunalt avloppsvatten erhålls normalt med en spaltvidd på minst 40 mm.

Ibland mäts SAK254 både före och efter ett reningssteg för mikroföroreningar. Skillnaden är ett mått på hur bra den totala halten av organiskt material minskar över anläggningen. Mikroföroreningarnas andel i differensen för SAK är dock närmast försumbar. Inte desto mindre är skillnaden ett bra mått på avskiljningsgraden. Det har framkommit vid många forskningsprojekt och drifterfarenheter från drift i full skala. Det är dock viktigt att sonden rengörs ofta och effektivt, helst med någon automatisk metod (t ex tryckluft, ultraljud, fosforsyra eller torkarblad). Särskilt i grumliga vatten är risken stor för för störningar eftersom signalen är svag.

TOC/DOC
Det är möjligt att installera en kontinuerlig TOC- eller DOC-mätare före en ozonanläggning. En kostnads/nyttakalkyl visar dock att i de flesta fall (relativt partikelfria vatten) är SAK-mätning ett bättre val. En möjlighet vid grumliga vatten kan vara att filtrera vattnet innan SAK mäts.

Nitrit
Vattnets nitrithalt kan vara en viktig störningsparameter vid ozondosering. Ozon oxiderar snabbt nitrit till nitrat med en stökiometrisk förbrukning av 3,43 g ozon/g nitritkväve. Vid höga halter av nitrit måste ozondosen höjas för att uppnå samma avskiljningsgrad för mikroföroreningarna som vid låga halter. Vid frekventa toppar av nitritkväve över 0,3 mg/l rekommenderas kontinuerlig nitritmätning för att kunna anpassa ozondosen.

Redox
Mätning av redoxpotentialen i vatten som kommer ut från en ozonreaktor ger information om halten av löst restozon.

Ozon i luft
Mätning av ozon i luften över vattenytan i en ozonreaktor visar om överdosering sker eller om diffusorerna är i dåligt skick. Nedsmutsade diffusorer ger stora ozonbubblor, vilket försämrar funktionen. Mätningen kan också användas för att beräkna verkningsgraden för ozontillförseln. Ozonhalten i luft bör också mätas efter den ozonförstörare som normalt krävs för behandling av reaktorns frånluft.

Provhantering
Vattenproverna för behandlat vatten ska vara flödesproportionellt sammansatta dygnsprover. Provvattnet bör inte komma i kontakt med plast, t ex plastslangar eller trattar. Glasflaskor ska användas och förvaras vid 4 oC. Analysen av mikroföroreningsämnena ska sedan påbörjas så snabbt som möjligt.

Teknik för ozonering av avloppsvatten
Ozonbehandling av avloppsvatten är en väletablerad och platsbesparande teknik för att minska halten av många mikroföroreningar. Ozon produceras på plats, vanligen från ren syrgas och tillförs sedan en reaktor. Den är vanligen indelad i flera fack för att ge en god inblandning i vattnet. Det bildas en ”luftkudde” under reaktorns tak.

Ozon tillförs via diffusorer på botten eller med injektorer. Uppehållstiden vid maxflödet bör inte understiga 12 – 17 minuter. Vid torrvädersflöden brukar uppehållstiden vara 30 – 40 minuter. Ozondosen vid torrväder ligger normalt på 2 – 4   g/m3 eller 0,4 – 0,8 g/g DOC. Vid högre flöden vid regn krävs en högre dos för att uppnå samma avskiljningsgrad. Det är klokt att sammanställa hur avskiljningsgraden för mikroföroreningarna varierar vid olika flöden. Vid mindre regn (< 15 mm) brukar dosen få ökas med 10 – 20 %. Det bör dock finnas en begränsning av tillsatt mängd för att undvika överdosering.

Luftlagret överst i reaktorn hålls vid undertryck så att ingen ozon kan tränga ut till omgivningen. Undertrycket bör mätas kontinuerligt. Frånluften leds till en ozonförstörare där ozonresterna överförs till syrgas.

Styrmetoder
Den enklaste och vanligaste metoden att styra dosen är flödesproportionellt (samma g O3/m3). Det går dock inte att kompensera för variationer i inkommande avloppsvatten på detta sätt, t ex förändrad halt av DOC eller nitrit. Avskiljningsgraden kan då typiskt variera med +/- 10 %.

Styrningen kan förbättras med en SAK-sond i inloppet till ozonreaktorn. SAK254 uppvisar vanligen god korrelation med DOC. Med hjälp av laboratoriemätningar kan kopplingen mellan SAK och DOC användas för att vid behov justera ozondosen.
Exempel: I inloppet till reaktorn uppmäts 7,0 mg DOC/l och SAK254 på 17,01/m. Det ger en omräkningsfaktor på 0,41  (DOC/SAK). Med SAK-mätning får man då en indirekt mätning av DOC. Med ett inställt börvärde på g O3/g DOC kan man räkna fram den aktuella dosen i g O3/m3.

Med en SAK-sond både i reaktorns in- och utlopp kan avskiljningsgraden följas kontinuerligt. Skillnaden för SAK ska dock vara så stor att eventuella mätstörningar inte försvårar uppföljningen. Man får börja med att bestämma ett samband mellan avskiljningsgraden och olika SAK-differenser.
Exempel: En SAK-skillnad på 40 % motsvarar 80 % avskiljning av mikroföroreningar vid en dos på 4,2 g O3/m3 och och 0,60 g O3/g DOC. Skillnaden på 40 % blir då ett börvärde. Tillsatsen av ozon styrs sedan så att denna skillnad upprätthålls.

Vid SAK-mätning före och efter en reaktor bör det inte vara alltför lång uppehållstid (”dödtid”) mellan mätpunkterna. Anledningen är att det tar en viss tid vid förändrad inkommande vattensammansättning innan mätning i båda punkterna sker på samma vatten. Om ozonreaktorn sitter efter ett biologiskt reningssteg kan inte några snabba förändringar förväntas. Aktuella dödtider för ozonreaktorer (< 60 min) bör därför inte ge upphov till några påtagliga problem (HHs kommentar)..

En mer avancerad styrning, som är patenterad, använder tre par av SAK-givare för att drift vid mätningen snabbt ska kunna kompenseras. Denna metod kan i första hand användas för stora anläggningar med höga krav (t ex minst 82 % avskiljning) vid minsta möjliga driftkostnad.

Redoxvärdet i behandlat vatten ger information om halten av restozon. Om redox ligger mer än 100 mV över den normala nivån är det något som inte stämmer, t ex överdosering eller dålig upplösning av tillsatt ozon.

Källa: DWA arbetsgrupp KA-13.7 (2022): Automatisierung der Spurenstoffelimination (del 1 om ozon). Korrespondenz Abwasser, nr 6/22, sid 492 – 499.

Annons Wateraid