Sustainable treatment of wastewater by Salsnes Filter fine mesh sieves and biological processes

Salsnes Filter og SEFAR har jobbet med utvikling av nye silduker, nye siler og nytt styringssystem for fjerning av biofilmslam. Ved Nordre Follo renseanlegg har Aquateam COWI og UiS arbeidet med fjerning av biofilmslam i lab-skala og benke-skala. Partikkelstørrelsesfordelingen (PSF) for biofilm-partiklene varierte med den organiske belastningen på den individuelle reaktoren. Høyere organiske belastninger førte til mindre partikkelstørrelser. Fordelingen av suspendert stoff (SS) tilsvarte trenden i PSF, dvs. at en høyere andel av SS bestod av store partikler ved avtakende organisk belastning. Uten flokkulering ble det oppnådd ca. 90 % reduksjon av SS ved siling av vann fra reaktor 5 og reaktor 7 gjennom 18 mikron duk. Med en 11 mikron duk ble det oppnådd en utløpskonsentrasjon på 8 mg SS/L. Flokkulering av biofilm-partiklene endret PSF karakteristikken i vannet og den hydrauliske kapasiteten til sildukene. Av alle de kjemikaliene og flokkulantene som ble testet var det kationiske polymerer som fungerte best. Kontinuerlig måling av fnokkstørrelser under flokkuleringen viste at maksimale fnokkstørrelser ble oppnådd etter 3 minutter med flokkulering. Bilde-analyse av fnokkene viste at type omrører og type flokkulant påvirker fasongen og strukturen på fnokkene. Det ble oppnådd meget god fjerning av SS ved flokkulering med polymer og siling gjennom en 210 mikron duk. Forsøkene fortsatte med pilot-skala testing på en prototype SF 500 silmaskin, og testing i teknisk skala på en SF 1000 maskin. Det har blitt oppnådd betydelige forbedringer med hensyn på rengjøring av silduken, reduksjon av energiforbruket og økning av renseeffekt. Styringssystemet har blitt forbedret. Mer enn 95 % fjerning av SS har blitt oppnådd ved kontinuerlig drift. UiS og Aquateam COWI har arbeidet med å finne optimal partikkelfjerning foran prosesser med biologisk fjerning av næringssalter. Biologisk rensing av avløpsvann for fjerning av næringssalter kan forbedres ved å ta hensyn til det organiske materialet (KOF) som kommer inn i det biologiske systemet. Omtrent 70 % av KOF i urenset avløpsvann finnes i form av partikler (SS). En effektiv fjerning av SS og KOF foran det biologiske trinnet (uten negative effekter på N- og P-fjerning) vil redusere energiforbruket i aerobe biologiske reaktorer og kan øke mengden organisk stoff til råtnetanker slik at det kan produseres mer energi i form av biogass. Benke-skala reaktorer med henholdsvis aktivslam og MBBR prosesser ble benyttet til å undersøke effekten på denitrifiseringshastighetene ved selektiv fjerning av partikulær KOF (pKOF) med Salsnes Filter finsiler. Bioreaktorene ble matet med ubehandlet eller silt/filtrert kommunalt avløpsvann fra to renseanlegg i nærheten av Oslo. Sammenlignet med bruk av ubehandlet avløpsvann førte for eksempel siling med 33 mikron duk til at denitrifiseringshastigheten ble redusert med 5-12 %, avhengig av om man ser på den primære eller sekundære denitrifiseringshastigheten, type testreaktor og type avløpsvann. Som en oppsummering var effektene av pKOF på denitrifiseringshastighetene ikke særlig store når det ble utført kortvarige forsøk med aktivslam og MBBR prosesser. Disse forsøkene ble fulgt opp med kontinuerlig drift av lab-skala aktivslamanlegg av SBR-typen. Konklusjonen var at partikler større enn ca. 30 mikron ikke forbedret denitrifiseringen eller nitrogenfjerningen i anlegget. Fjerning av partikler større enn 30 mikron var faktisk svært nyttig for å øke nitrifiseringshastighetene i reaktorene og dermed oppnå den nødvendige nitrogenfjerningen med mindre reaktorvolum. Finsiling økte også mengden primærslam tilgjengelig for biogassproduksjon i råtnetanker, og reduserte produksjonen av biologisk slam betydelig. For å bekrefte den optimale dukåpningen ble det deretter kjørt kontinuerlig forsøk med fire pilot-anlegg. To anlegg brukte MBBR-prosessen, der vannet til det ene anlegget var forbehandlet med 2 mm sil og vannet til det andre anlegget var forbehandlet med 33 mikron finsil. De to andre anleggene brukte MBR (Membran BioReaktor) prosessen, med henholdsvis 2 mm og 33 mikron forbehandling. Fordelene med 33 mikron finsil til primærrensing ble bekreftet. MBBR-anlegget med 33 mikron finsil hadde samme denitrifiseringshastigheter, 10-15 % høyere nitrifiseringshastigheter og 36 % lavere oksygenforbruk enn kontrollen. Det har blitt kjørt forsøk i benkeskala ved forskjellige temperaturer, for å finne denitrifiseringsprosessens temperaturavhengighet. Forsøk i fullskala i Nederland har bekrefter at man kan styre silene slik at man oppnår et forhold mellom total KOF og total nitrogen inn til biologisk rensetrinn som er optimalt for prosessen. Ved Aartselaar avløpsrenseanlegg fjernet finsilen 37 % SS, 25 % KOF og 6,7 % total N. Dette resulterte i et karbon-til-nitrogen (C/N) forhold på 8,1 g KOF/g N i utløpet av silen.

Salsnes Filter fine mesh sieves have been very successful for primary treatment of municipal wastewater. However, the market for primary treatment is very small and decreasing. To open up a significantly larger market it is necessary to qualify the Salsn es Filter fine mesh sieves for use in combination with biological processes. The primary objective is to develop fine mesh sieve systems for primary and secondary solids separation at wastewater treatment plants, with the intent to save resources by re ducing the cost and energy consumption for biological wastewater treatment and maximizing the energy recovery from the organic matter in the removed solids. Secondary objectives: a) Document the optimum particle removal in front of biological processes , for optimum biological treatment performance and recovery of resources from particles in the wastewater. b) Develop a fine mesh sieve system for achieving the optimum particle removal under secondary objective a) at the lowest possible use of resources. c) Develop a fine mesh sieve system for solids separation downstream of biofilm processes, providing good, economic and energy efficient solids removal in a small footprint. d) Large scale verification of the fine mesh sieve systems for primary and secon dary (biofilm) solids separation. The optimum particle removal from municipal wastewater in front of different biological processes is not known. It will require PhD level research to develop a sieve and control unit that can achieve the desirable parti cle removal. Separation of biofilm biomass will depend on the properties of the biomass, which will change with type of process, operating conditions and wastewater composition. Comprehensive testing will be required to gain the knowledge needed to devel op, design and operate fine mesh sieve systems for these purposes. Furthermore, independent R&D institution documentation from this project is crucial for the marketing and sales of these systems.