Tentamen-Strategier för bättre miljö

Question 1

Beskriv och förklara hur en Lamellsedimenteringsanläggning fungerar (även avskiljningsmekanismen skall redovisas). (X8)

Answer 1

Sedimentering är en partikelavskiljningsmetod som utnyttjar densitetsskillnader mellan partiklar och den omgivande vätskan. [3.4.1 stycke 3]. Principen är att vätskans flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera. [sid 105 stycke 1] Avskiljningsresultatet i en sedimenteringsbassäng påverkas av bassängens yta i relation till det flöde som skall behandlas. Ju större ytbelastning (bassäng) i relation till flöde som ska behandlas – ju större partiklar kan avskiljas. Det påverkas också av turbulenta störningar. [sid 105 stycke 2]
I en lamellsedimenteringsanläggning placeras ett antal snedställda skivor (lameller) i bassängen och vätskan får passera mellan dessa lameller.
Figur 3.31 B. Till vänster en medströms-anläggning och till höger en motströmsanläggning.
Tack vare lamellerna tvingas vattnet att vandra en betydligt längre väg genom bassängen i relation till den sträcka som partiklarna har att vandra. Härigenom får man en mycket yteffektiv sedimenteringsanläggning för partikelavskiljning dvs man får en god avskiljning med en mycket kompakt anläggning. [sid 105 stycke 3]

Question 2

Partikelavskiljning har en viktig funktion vid extern vattenrening. Som förbehandlingssteg används inom såväl industriell som kommunal avloppsrening någon form av avskiljare för s.k. rens. Beskriv och förklara kortfattat två olika utformningar för detta reningssteg.

Answer 2

Metoder för avskiljning av suspenderat material:
Kvarhållning av partiklar av viss storlek

Galler (6-150 mm): Manuell rensande, Mekanisk rensande, Kontinuerlig kedjeskrapa, Fram- o återgående skrapa m.fl. [OH-B2B] Består av snedställda parallella stavar med en fri öppning på ca 10 – 20 mm. Dess funktion är att avskilja relativt stora uppslammade partiklar – i ett kommunalt reningsverk som förbehandlingsmetod för att avskilja t.ex. tygtrasor som kan sätta igen pumpar, ventiler, rörledningar och annan utrustning från skador eller igensättningar. Idag används som förbehandling ofta galler med betydligt mindre spaltvidd – s.k. finrensgaller där avståndet mellan stavarna är endast 1 – 3 mm. [sid 101-102] I kommunal avloppsrening är det standard att använda grovsilar men inom industriell avloppsrening är detta inte alltid nödvändigt (beror på avloppsvattnet egenskaper).

Gallret kan rensas med en fram- och återgående skrapa eller en kontinuerlig kedjedriven skrapa. [OH-B2B]
Silar (< 6 mm): Ex Stegsilar, Trumsilar m.fl. Som alternativ till finrensgaller vid kommunal vattenrening kan man använda s.k. trumsil (en roterande trumma där mantelytan är en silduk) som har en maskvidd om 1 – 5 mm
.
Figur 3.29 A Exempel på trumsil
Ofta har dock silar en ännu mindre maskvidd – de fria öppningarna är ca 100 – 1000 μm. Silar av metallduk eller plast används t.ex. inom massaindustrin (vanligen används s.k. bågsilar) för att avskilja cellulosafibrer från ett avloppsvatten.

Figur 3.29 B Exempel på Bågsil för fiberavskiljning.
Om silduken har mycket små öppningar (ca 20 – 100 μm) används ofta termen mikrosilning. Mikrosilar kan avskilja mycket finpartikulära föroreningar och används därför som slutsteg (s.k. polermetod) för att förbättra avskiljningsgraden i ett kommunalt eller industriellt reningsverk. [102-103]

Filter (< 50 μm): (konventionella filter, sandfilter, mikrofilter, Trumfilter och skrivfilter) (Kolla sandfilter fråga 4)
Densitetsskillnad mellan partiklar och vätska
Sedimentering: Principen är att vätska flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera. Det finns bassänger där vätskegenomströmningen är horisontell resp. vertikal, det finns rektangulära resp. cirkulära bassänger. En speciell variant av sedimenteringsanläggning är lamellsedimenteringsanläggning.

[Figur 3.31 sid 104]
Flotation: Vid flotation färster man små luftbubblor på en slampartikel. Det erhållna slam-luft-aggregatet får en lägre densitet än omgivande vätska och stiger mot ytan, där aggregatet sedan kan avskiljas med hjälp av en skrapanordning
[Figur 3.32 sid 106]

Question 3

Beskriv och förklara hur en trumsil är utformad och fungerar.

Answer 3

Trumsil: En roterande trumma där mantelytan är en silduk som har en maskvidd om 1 – 5 mm. [sid 102]
Trumman roterar genom förtjockade malmmassa, extraherar vätska genom ett vakuum, och lämnar fastämnen, i form av en kaka, på ett permeabelt membran på trumänden. Även känd som roterande filter, roterande vakuumfilter.

Question 4

Beskriv och förklara hur ett kontinuerligt sandfilter fungerar. Även avskiljningsmekanismen skall förklaras. (X3)

Answer 4

Ett sandfilter består av en bädd med granulär filtermedium eller sand med antingen nedgående eller uppgående flöde. Avskiljningsmekanismen är mekanisk där partikulära föroreningar utnyttjar princip som bygger på att partiklarna penetrerar filtermediet och kvarhålls pga. porer samt inverkan mellan partiklarna och ytan på filtermediet. Detta leder till att filtret successivt sätts igen och tryckfallet över filtret ökar. På grund av detta måste filtret renspolas med jämna mellanrum. [annan bok] Ett konventionellt sandfilter har en begränsad förmåga att hålla kvar större mängder partiklar och måste därför backspola trots att den fortfarande är i drift. I ett kontinuerligt sandfilter sker en kontinuerlig rensning av filtret och den övre delen av sandbädden kommer hela tiden att bestå av renad sand.

Question 5

Partiklar som rymmer från sedimenteringsbassäng är ett vanligt problem som gör att reningsresultatet inte blir så bra som önskvärt. Redovisa och mitivera tre åtgärder som kan lösa problemet.

Answer 5

Svar från Stina:

Partiklar som rymmer:

• Ta ut vatten ett par dm under vattenytan för att undvika att partiklarna på ytan rymmer.
• Minska turbulensen (så att inte partiklarna som har sjunkit kommer upp igen till ytan och rymmer.
• Byta riktning på inflödet. Istället för att ha en plugin-flöde så kan flödet tilläggas uppifrån.

Question 6

Beskriv och förklara hur Biofilmprocessen fungerar. Beskrivningen skall omfatta dels vilka föroreningar som avskiljs och vad som händer med föroreningarna i vattnet dels hur processen tekniskt genomförs.

Answer 6

En biofilmsprocess är en process som använder biofilm vid vattenrening. Biofilmen är en komplex heterogen matris av mikroorganismer fastsatt och växande på en yta. Biofilm hittas ofta på fasta ytor som är exponerad av en vattenlösning. Biofilmprocessen är effektiv då inre celler skyddas av matrisen.

Suspenderade biofilmsprocessen kombinerar en aktivslamanläggnings och biotornets positiva egenskaper och man får en anläggning som ger mycket hög verkningsgrad, klarar mycket hög belastning och som är drifttålig. I denna bassäng fyller man luftningsbassängen med tusentals små fyllkroppar av plast (ca 70 % fyllnadsgrad). Mikroorganismerna får växa på fyllkropparnas ytor och man får en biofilm med ett mycket stort antal mikroorganismer på fyllkropparna. De enskilda fyllkropparna sköljs runt i luftningsbassängen med hjälp av luftinblåsningen eller med hjälp av en propelleromrörare.

Genom att fyllkropparna hela tiden förflyttas runt i luftningsbassängen sköljer syrerikt vatten genom fyllkropparna vilket gör att dessa inte sätts igen av slam och syre tillförs bioskiktet. Delar av bakterieskiktet nöts således successivt av fyllkropparna och följer med vattnet ut. Precis som i AS-processen följs luftningsbassängen därefter av en sedimenteringsbassäng för avskiljning av det slam som bildats i processen. För att hindra fyllkropparna att följa med det behandlas vattnet ut från luftningsbassängen används en sil. [117 stycke 3]
Till skillnad från den konventionella AS-processen behöver man i den suspenderade biofilmprocessen inte ha en returslampumpning för att upprätthålla en hög mikroorganismkoncentration i luftningsbassängen. De för processen viktiga mikroorganismerna växer ju på fyllkropparna och hålls hela tiden kvar i luftningsbassängen. Det är endast produktionen av nya celler som behöver avskiljas vid sedimenteringen vilket gör att sedimenteringsbassängen endast behöver dimensioneras för att klara denna begränsande avskiljning. [117 stycke 4]

Question 7

Beskriv och förklara hur en Konventionellt utformad cirkulär sedimenteringsanläggning. OBS – även separationsmekanismen skall förklaras.

Answer 7

Principen är att vätskans flödeshastighet sänks i bassängen så mycket att tyngre partiklar hinner sjunka till botten av bassängen dvs. sedimentera.[sig 105 första stycke] Inkommande vatten matas ut i bassängens centrum och renat vatten dras av i bassängens periferi. [BILDA Extern rening, Konv.sed.an]
[Figur 3.31(A) fr Bok] en cirkulär bassäng

Question 8

Redovisa och förklara för- och nackdelar (utöver ev. ekonomiska skillnader) som lamellsedimenteringsanläggning har jämfört med konventionell sedimenteringsanläggning? (X9)

Answer 8

Konventionell sedimentering är en vanlig avskiljningsprocess. En nackdel med lamellsedimentering är att den är mindre lämplig i vissa avskiljningsituationer. Däremot är lamellsedimentering standardmetoden för avskiljning av ex metallhydroxidslam i samband med kemisk fällning i ett avloppsvatten. En konventionell sedimenteringsbassäng behöver mindre underhåll än lamellsedimenteringsbassäng, då rengöring mellan lamellerna måste göras noggrant för att det inte ska bli beläggningar och på så sätt påverka resultat.

Nackdel

• Den är mindre lämplig i vissa avskiljningssituationer.
• Regelbunden rengöring av lamellerna då det annars blir beläggningar som negativt påverkar avskiljningsresultatet. . [sid 105 stycke 3]
• Mindre lämplig i vissa avskiljningssituationer.

Fördel

• Standardmetod i samband med avskiljning av exempelvis metallhydroxidslam i samband med kemisk utfällning av metaller i ett avloppsvatten.
• Mycket yteffektiv sedimenteringsanläggning för partikelavskiljning dvs. man får en god avskiljning med en mycket kompakt anläggning. Med hjälp av snedställda lamellskivor tvingas vattnet vandra betydligt längre väg än de avskiljda partiklarna. En lamellsedimenteringsanlggning får därför betydligt mindre byggnadsyta än en konventionell sedimenteringsanläggning.En lamellsedimenteringsanlägggning kan ha en ytbelastning som är 10-15 gånger högre än en konventionell sedimenteringsanlägning. Metoden kräver dock att slammet har homogena egenskaper. Den är mycket vanlig för avskiljning av slam efter kemisk utfällning av metaller. [hemsida lamellsedimenteringsanläggning]

Question 9

Beskriv och förklara hur aktivslam-processen (konventionellt utformad aktivslamanläggning) är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker, vad som sker med föroreningarna i vattnet samt hur processen, tekniskt genomförs. (X2)

Answer 9

Processen
En aktivslamanläggning består av en luftningsbassäng och efterföljande sedimenteringsbassäng. I stora luftningsbassänger, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning (Vattnet luftas med en bottenluftare) får mikroorganismer bryta ner organisk material från det försedimenterade avloppsvattnet. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpas delvis som s.k. returslam till luftningsbassängen, för att behålla en bakteriestam i processen. [sid 107 stycke 1] Resterande slam pumpas till slamhanteringen, detta kallas öveskottsslam. Luftningen som är den mest energikrävande processen på reningsverket krävs för att mikroorganismerna ska kunna förbruka det organiska materialet som finns upplöst i vattnet aerob. Luften trycks vanligen ned i bassängen med stora kompressorer och blåses ut som bubblor genom perforerade rör, gummimembran eller keramiska material.[wiki]

MikrobiologiI luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning (mikroorganismerna behöver vid nedbrytningen tillgång till fritt syre) av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]

Org. mtrl. + O₂ → CO₂ + H₂O + Slam

Förutom det så frigör stora mängder energi vid oxidationen.
Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation). Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation). [sid 107 stycke 5]

BOD&COD → Bakterier → Encelliga djur (t.ex. ciliater) → Flercelliga djur (rovdjur) → Bioslam

Det är endast bakterierna som reducerar löst organiskt material.

[Figur från OH B6]
Vid biologisk rening samverkar en rad olika typer av mikroorganismer. Basen är frisimmande bakterierna som är de enda som kan avskilja löst organiskt material i ett avloppsvatten. De frisimmande bakterierna är dock mycket små och kan ej avskiljas från vattnet genom sedimentering. För slamavskiljning är de flockformiga mikroorganismerna som bildar bra slamflockar viktiga. Vidare behövs mikrodjur – encelliga och flercelliga organismer som äter partikulärt organiskt material i vattnet inklusive de frisimmande bakterierna. Det är således viktigt med en balans i systemet. [sid 119 stycke 2]

Question 10

Ett företag kan trots att man har en rätt dimensionerad AS-anläggning ha problem med att utgående renade avloppsvatten innehåller för mycket organiskt material. Redovisa och förklara 4 olika, viktiga orsaker till detta.

Answer 10

Rätt miljö:
pH-ändringar: AS-anläggning arbetar i ett begränsat pH-intervall. Det måste vara rätt pH för att bakterierna ska leva. Vissa lever i specifika förhållanden.
Temperaturändring av inkommande flöde
Lång uppstartstid efter kollaps: Det tar tid att få den rätta baktrieförhållandet i bassängen.

Belastningsförändringar. AS-anläggningar är känsliga för belastningsförändringar då den har en dålig utjämnande förmåga. Inkommande flöden och koncentrationer av avloppsvatten kan variera beroende på vart de kommer ifrån (varierar efter hur produktionen går). [sid 116 stycke 2]
Vid snabba flöden, kraftigt regn, åker bakterier ut ur reningsverket.

Förgiftning: AS-anläggningar är känsliga för gifter. Avloppsvatten kan innehålla toxiska ämnen som kan slå ut ett biologiskt reningssteg. [sid 113/115 stycke 1]

Stor styrbehov:
Det är svårt att styra syrehalten i anläggningen
Det är svårt att styra bakterieinnehållet. Det är viktigt att förhållandet mellan olika organismer är rätt för att få en effektiv reduktion. Organismerna lever i symbios.
[OH-samling sid B7 & B10D]

Extra info
Vid tillväxt av frisimmande bakterier är problemet att bakterierna inte bildar flockar, varvid det slam som bildas inte kan sedimentera. Utgående vatten blir då grumligt av bakterierna och det organiska material som är bundet i bakterierna medför en ökad syreförbrukning i recipienten. Bildandet av mikroflockar, dvs. små, svaga och kompakta flockar, kan anses vara något bättre än frisimmande bakterier. Dock är svårigheterna vid sedimentering fortfarande stor. Uppkomsten av filamentbildande bakterier tros bero på att dessa sorters bakterier, under vissa processförhållanden av närsaltbrist och låg tillgång på syre, selekteras fram till nackdel för andra tillväxtformer. De filamentbildande bakterierna gör att bioslammet tillväxer i nätverk där vatten binds. Att få detta nätverk att sedimentera är mycket svårt.

Question 11

Beskriv och förklara hur en långtidsluftad aktivslamanläggning fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen. (X3)

Answer 11

En långtidsluftad aktivslamanläggning är oftast utrustad med en selektor, luftningsbassäng och sedimenteringsbassäng. Det försedimenterade avlopsvattnet behandlas i en selektor dvs. ett försteg där den till den biologiska reningen för att gynna mikroorganismer som ger bra slam. [187 stycke 2] luftningsbassäng, se figur, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpas delvis som en returslam till luftningsbassängen. För att erhålla en långtgående reduktion av organiskt material, luftningsbassängen, är det nödvändigt med returslampumpningen, för att skapa hög slamhalt (hög koncentration mikroorganismer). [sid 107 stycke 1]
I luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]

Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation). Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation) [sid 107 stycke 5]

Den långtidsluftade aktivslamanläggningen är en lågbelastad variant av konventionell aktivslamanläggning och de bygger på samma princip. Den låga belastningen leder till att svårnedbrutna föreningar hinner metaboliseras. Man får en bra minskning av COD och av toxiska organiska föreningar. En hög slamålder ger långsamväxande bakterier möjligheten att stanna kvar i systemet och ger en rikare mikroflora som bidrar till lägre utsläpp av organiskt material.
[Figur från OH B6]

Question 12

Beskriv och förklara hur en totalomblandad aktivslam-anläggning fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen.

Answer 12

Det försedimenterade avlopsvattnet behandlas i en luftningsbassäng, se figur, där man har en mycket hög koncentration mikroorganismer och en kraftig luftblåsning. Vatten och slam skiljs sedan i en sedimenteringsbassäng och slammet återpumpasdelvis som en returslam till luftningsbassängen. För att erhålla en långstgående reduktion av organiskt material, luftningsbassängen, är det nödvändigt med returslampumpningen, för att skapa hög slamhalt (hög koncentration mikroorganismer). [sid 107 stycke 1]

I en totalomblandad aktivslamprocess har man en fullständig omblandning av luftningsbassängen. Denna anläggningstyp är vanlig vid industriella tillämpningar eftersom man kan få en kraftig utspädning av höga föroreningskoncentrationer och ev. toxiska ämnen i avloppsvattnet som negativt kan påverka den biologiska processen. [sid 109 stycke 4]

I luftningsbassängen sker en aerob nedbrytning av organiska kolföreningar till koldioxid, vatten och cellmassa. [3.4.2 stycke 2]

Genom att låta mikroorganismerna utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering (eller flotation). Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt även näringsämnen av olika slag t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation) [sid 107 stycke 5]
[Figur från OH B6]

Question 13

Vad är skillnaden mellan en långtidsluftad aktivslamanläggning och konventionell aktivslamanläggning.

Answer 13

Den långtidsluftade aktivslamanläggningen är en lågbelastad variant av konventionell aktivslamanläggning och de bygger på samma princip. Skillnaden mellan en vanlig aktivslamprocess och en långtidsluftad aktivslamprocess är den hydrauliska uppehållstiden. Bakterierna hålls kvar längre i systemet i LAS ca 1 dygn som gör att den tål variationer i belastningen och vattensammansättningen bättre. Eftersom man normalt arbetar vid ungefär samma slamhalter som i konventionell aktiv slam (1,5-3g/l) betyder det att slambelastningen blir betydligt lägre och slamåldern högre dvs. Detta betyder att den biologiska nedbrytningen kan fortgå under en längre tidsperiod med ökad nedbrytning och lägre slamproduktion som följd. Konsekvensen för den långa slamåldern blir också att systemet blir mindre känslig för störningar.

http://www.chemeng.lth.se/exjobb/E427.pdf

En hög slamålder ger långsamväxande bakterier möjligheten att stanna kvar i systemet och ger en rikare mikroflora som bidrar till lägre utsläpp av organiskt material. Den låga belastningen leder till att svårnedbrutna föreningar hinner metaboliseras. Man får en bra minskning av COD och av toxiska organiska föreningar. Då man har ont om utrymme eller en känslig recipient använder man den konventionella aktivslamanläggningen..

Question 14

Redovisa samt förklara 2 fördelar som denna process (LAS) har jämfört med t.ex. en aktivslamanläggning.

Answer 14

• LAS är en lågbelastad process - Systemet är mindre känslig för störningar.
• LAS har en rikare mikroflora där svårnedbrytbara föreningar hinner metaboliseras. Dvs ökad nedbrytning av organisk material med lägre slamproduktion.

Question 15

Jämför en aktivslamanläggning och en luftad damm med avseende på tålighet resp. slamproduktion. Förklara skillnaden.

Answer 15

Den luftade dammen är en stor och grund damm/mindre sjö där reningen sker på samma sätt som i naturliga vattendrag. Förutom bakterier så arbetar även alger. Luftade dammen har en högre uppehållstid än LAS (större yta) vilket innebär att den biologiska nedbrytningen kan fortgå under en längre tidsperiod med ökad nedbrytning och lägre slamproduktion som följd. Den långa slamåldern ger systemet en lägre belastning och slamproduktion än LAS. Mycket av det bildade slammen hinner sedimenterar i dammen innan vattnet kommer till sedimenteringsbassängen. Den luftade dammen är också mindre känslig mot chocker i form av stötbelastningar, låga temperaturer (hög slamålder = högre temp) eller utsläpp av toxiska ämnen som kan störa den biologiska processen. [114-115]

Question 16

Ett flertal massafabriker har under de senaste åren byggt om sina luftade dammar till så kallade långtidsluftade aktivslamanläggningar. Man har också kompletterat anläggningarna med en s.k. selektor. Förklara varför man har bytt anläggningstyp. (X2)

Answer 16

Skärpta krav på bättre rening ledde till utveckling av LAS. Konceptet för LAS utvecklades då man ville finna en metod att implementera aktivslamprincipen i befintliga luftade damm inom massaindustrin.

http://www.chemeng.lth.se/exjobb/E427.pdf
Uppehållstiden för LAS är kortare (ca ett dygn istället för 5-7 dygn), vilket innebär att anläggningen inte behöver lika stor plats. Delar av den gamla luftade dammen har kunnat utnyttjas som luftningsbassäng (resterande delar används ofta som kyldammar för att sänka temperaturen på det varma avloppsvattnet). Vidare har man försett anläggningen med en selektor dvs. ett försteg till den biologiska reningen för att exempelvis gynna mikroorganismer som ger ett bra slam. I selektorn har man ingen luftning och om blekeriets avloppsvatten innehåller klorat så har kloratet kunnat renas bort (s.k. anoxisk nedbrytningsprocess). [sid 187 stycke 2] Avloppsvattenreningen med anox selektor är som används för att undvika problem med filamentbildande bakterier. http://www.chemeng.lth.se/exjobb/E427.pdf

Question 17

Kemisk rening används ofta inom industrin. En tillämpning är för avskiljning av mycket små partiklar i ett avloppsvatten. Redogör för hur den kemiska reningen genomförs (alla ingående steg skall beskrivas) samt förklara även hur reningen fungerar. (X2)

Answer 17

Denna uppgift är inte helt besvarad. Jag måste lägga till de andra delarna av kemisk rening. Flockning är en del av kemisk rening.

Kemiska reningsprocesser kan utföras genom flockning
Mycket små partiklar, föroreningar i suspenderade form (eller kolloidal form), kan avlägsnas med hjälp av en metod som kallas flockning och utnyttjar flockningskemikalier.

Kolloider har vanligen en negativ ytladdning som gör att de repellerar varandra dvs. partiklarna kan inte klumpa ihop sig till större partiklar som kan sedimentera. Vattnet förblir grumligt.

Destabilisering av kolloidalt material kan ske genom:

• Koagulering: Tillsats av flervärda joner, t.ex. 〖Fe〗^(3+) eller 〖Al〗^(3+). Det elektriska dubbelskiktet som omger kolloidpartiklar minskar vilket möjliggör att partiklar kan slås samman. Man kan även få en inneslutning av kolloidala partiklar i bildade hydroxidflockar. För att detta ska ske är det viktigt att ha rätt pH och en snabb inblandning. [3.4.3 – Flockning, OH-samling B39]

(Överkurs) Svepkoagulering: Är en koagulering där inblandningen av koaguleringskemikalierna sker under en längre tid. Är en viktig mekanism vid flockning av flervärda joner. De tillsatta metalljonerna reagerar då med vattnet och bildar hydroxider. Metallhydroxidflockarna inabsorberar de kolloidala partiklarna. Metoden används ofta vid finvattenrening. [sid 130-131]

• Tillsats av lågkedjiga polymerer s.k. flockningskemikalier. Polymererna innehåller grupper som kan absorberas till kolloidpartiklarna – men får bryggbildning mellan kolloiderna dvs. flockar bildas. [3.4.3 – Flockning, OH-samling B39]
• Vid kemisk rening behövs stora mängder med kemikalier för att fälla ut och flocka fosfor och partikulär organiskt material. Slammer som erhålls läggs ofta på deponi dvs. fosfor som är ett viktigt näringsämne och som är en begränsande resurs dras undan naturens kretslopp. Idag pågår därför omfattande insatser för att återvinna fosforn. En utvecklingslinje är att utnyttja biologiska.*

Question 18

En del massafabriker använde tidigare en kemisk reningsprocess istället för biologisk rening för att minska utsläppen av organisk material. Beskriv den kemiska processen och förklara hur den fungerar (alla separationsmekanism ska förklaras). (X3)

Answer 18

Stinas anteckningar:

Extern rening: [186 sista stycke – 187 andra stycke, 148]

Emils svar

3 bassänger – fällning, flockning, sedimentering.

• Fällningskemikalier AVR inblandar under kraftig omrörning av vatten
• Fortsatt omblandning men till bara försiktigt
• Kammaren tillsätts flockningsmedel.

Question 19

En del massafabriker använder tidigare en kemisk reningsprocess istället för biologisk rening för att minska utsläppen av organisk material.

Redovisa och förklara 3 för- och nackdelar med att använda en kemisk process istället för en konventionell biologisk process. (X2)

Answer 19

Fördelar
Inget kan slås ut – ta död på organismer.
Lättare att reglera
Man behöver inte tillsätta näringsämnen/luft.
Lättare att sedimentera de är både fällda och flockade

Nackdelar

Question 20

I externreningssammanhang används adsorption främst som en polermetod. Redovisa två skäl till varför adsorption främst används på detta sätt.

Answer 20

• Eftersom en externreningsprocess är ett flytt av miljöproblem så kan föroreningarna från polermetoden återvinnas till en annan process eller säljas vidare (ex USA utnyttjar återvinning av fenoler från aktivt kol [79 stycke 1]).
• Adsorption lämpar sig för att avlägsna biologiskt svårnedbrytbara organiska ämnen ut avloppsvatten, där andra mer processnära slutningsåtgärder ej är möjliga. [79 stycke 2]

(Röd text)

• Metoden används för avskiljning av svårnedbrytbara och toxiska ämnen i avloppsvatten inom läkemedelsindustrin.
• Utomlands och då särskillt i USA har metoden stor spridning. Ett av skälen till den begränsande användningen i Sverige är att metoden blir dyr med de relativt små avloppsvattenflöden som vi har här (följd av bl.a. processlutningar).
• Adsorption används dessutom för kompletterande rening av kommunalt avloppsvatten, när det finns behov av att återanvända en viss del av det renade vattnet. Detta är inte heller särskilt aktuellt i Sverige med tanke på den oftast mycket goda tillgången av råvatten.

Question 21

I externreningssammanhang används jonbyte främst som en polermetod. Redovisa två skäl till varför jonbyte främst används på detta sätt. (X4)

Answer 21

Jonbytare använd som polersteg för att avskilja kvarvarande metaljoner i avloppsvattnet. För återvinning av värdefulla komponenter. [C10] För att inte släppa ut farliga ämnen i naturen. Jonbyte används vid externreningssammanhang framförallt för att:

• Man behöver inte regenerera jonbytaren så ofta.
• Jonbytarens förmåga att avskilja är mycket god även vid mycket låga föroreningshalter i ett avloppsvatten dvs. det behandlade vattnet blir mycket rent. [84 stycke 2]

Question 22

Förklara vad begreppet polermetod innebär. Ge dessutom ett tillämpningsexempel. (X5)

Answer 22

En polermetod är då metoden används som ett slutreningssteg för att få ett mycket rent vatten. [84 stycke 2]

Question 23

Förklara vad begreppet njurfunktion innebär. ge dessutom ett tillämpningsexempel. (4X)

Answer 23

Njurfunktion (X4)
Syftet med ”njurfunktionen” är att avskilja föroreningar som finns i gas/vätskeström för att möjliggöra en recirkulation av gas/vätskeström till processen. Användningen av ett internsteg som njurfunktion kan jämföras med vår egen njures funktion att rena blodet från farliga ämnen. [33 stycke 4 – 34 stycke 1]

Question 24

Förklara vad begreppet återvinningfunktion innebär. Ge dessutom ett tillämplningsexempel.

Answer 24

Syftet är att avskilja komponenter i ett gas- eller vätskeflöde för att sedan föra dessa ämnen tillbaka till processen. [sid 33 - 34]

Question 25

Vad är en selektor? Förklara hur den fungerar. (X5)

Answer 25

En selektor är ett försteg till ett biologiskt reningssteg och då vanligen till en aktivslamanläggning. Till detta försteg leds ett delflöde av avloppsvattnet som skall behandlas och ett delflöde av returslammet. Från selektorn leds vattnet vidare till aktivslamanläggningens luftningsbassäng. Syftet med selektorn är att gynna utvecklingen av vissa typer av mikroorganismer som är fördelaktiga för den biologiska reningsprocessen. Vanligt är att försöka gynna flockformiga mikroorganismer för att få ett slam med goda egenskaper. Selekteringen sker genom att man i selektorn har sådana förhållanden – t.ex. hög substanskoncentration, vissa syreförhållanden etc. – som gör att de önskade mikroorganismernas tillväxt gynnas. [sid 119 stycke 1] En selektor gynnar flockbildande mikroorganismer framför filamentbildande.

Question 26

Vid jonbyte är inte bara jonbyteskapaciteten en viktig faktor utan även selektiviteten. Förklara varför selektiviteten ibland är en viktig faktor att beakta.

Answer 26

Selektiviteten har att göra med hur bra jonerna binder till jonbytarmassan. Joner som binds bättre på jonbytarmassan kommer att tränga ut andra joner som binder sämre dvs. genombrottet kommer att vara olika för olika joner. Kapaciteten dvs. hur länge man kan tillföra processvätska beror på olika faktorer dels anläggningens storlek och flödeshastigheten (vid för stor flöde hinner inte en del joner avskiljas). [82 stycke 2] _Mer info_ Problemet med jonbytare är att de kan plocka olika typer av metaller. Metoden är en jämvikt. Metaller med hög koncentration tas upp först (istället för det viktigaste). [egna Frl 12 sept 2013] Vid vissa situationer vill man fånga (metall-) joner som kan påverka kommande steg negativt. Exempelvis är de selektiva jonbytarna intressanta för användning vid extern rening av exempelvis gruvvatten. Här gäller det att fånga för miljön farliga metaller men inte järn. [sid 84 stycke 4] Ett annat exempel är för återvinning av värdefulla komponenter eller regenerering av betabad vid betning av rostfritt stål – s.k. syraretardation. Här används en stark basisk anjonbytare som fångar betabadets fria anjoner – flouridjoner och nitratjoner – medan badets föroreningar i form av metalljoner passerar jonbytaren och leds till extern rening. Genom jonbytaranläggningen kan man hålla föroreningskoncentrationen i betabadet på en låg nivå vilket möjliggör en effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket.[sid 83 sista stycke] OBS! Vi ska kunna begreppet selektivitet och inte vilka typer av jonselektiva massor som finns. [egna antecnkingar Frl 12 sept 2013] Svar från Sebastian: Man ändrar omgivningen för att gynna en viss typ av. Den funkar som en odlingssteg av oganismerna. En bråkdel av det från selektorn och en bråkdel av det från sed. Blandas.

Question 27

Vid adsorption på aktivt kol i samband med avloppsvattenrening används ofta ingen adsorptionsbädd utan det aktiva kolet mals och blandas sedan direkt in i det vatten man vill rena. Förklara varför.

Answer 27

Mald aktivt kol har en hög kapacitet att binda föroreningar och därför behöver man liten mängd. Det förbättrar reningsprocessen hos en befintlig process och försvinner med slammet. Aktivt kol har en stor specifik yta, 500 – 1500 m^2/g, vilket är en förklaring till kolets goda adsorptionsegenskaper. [75 stycke 2] Aktivt kol kan kombineras med biologisk rening med aktivslamprocessen och kallas PACT-processen (Powdered Activated Carbon Treatment). Finmald aktivt kol tillsätts i luftningsbassängen i AS-anläggningen. Kolet med sina föroreningar avskiljs som ett slam som efter avvattning deponeras eller förbränns. Metoden ger en högre COD-reduktion och reningsanläggningen fungerar bättre och stabilare än en konventionell AS-anläggning. [79 stycke 4]

Question 28

Förklara varför ett sandfilter främst används som polermetod. (X4)

Answer 28

Ett sandfilter används främst som slutreningssteg, dvs. som polermetod, för att förbättra partikelavskiljningen efter t.ex. en sedimenteringsanläggning. [103 stycke 2]

Question 29

Ge exempel på två andra metoder för partikelavskiljning som kan vara lämpliga att använda som polermetod vid vattenrening. [filtrering]

Answer 29

Bågsil: Är en microfilter där silduken har mycket små öppningar (ca 20 – 100 μm). Mikrosilar kan avskilja mycket finpartikulära föroreningar och används därför ibland som polersteg vid kommunal eller industriellt reningsverk. [102 stycke 1] Skivfilter:[BILDA-Polering m skivfilter/OH-samling B2b]: Trumfilter

Question 30

En typ av partikelavskiljare är s.k. skivfilter. Jämför användning av ett skivfilter med användning av en konventionell sedimenteringsanläggning.

Answer 30

Skivfilter utnyttjar principen att kvarhålla partiklar som är större än filtermediet (maskvidden i duken och filterkakan). Sedimenteringsanläggning utnyttjar principen av densitetsskillnader mellan partiklar och den omgivande vätskan. [101 stycke 2]

Question 31

När (dvs. hur ska föroreningssituationen se ut) kan man tänkas använda resp. metod. Förklara!

Answer 31

Ett skivfilter består av ett antal skivor. I maskinen leds vattnet in i filterenheten från gaveln och filtreras genom duken där partiklarna avskils. Filtratet samlar upp i tråget under maskinen. Dukens porer blockeras snabbt av partiklarna och måste efter någon hal minut spolas. För att tillgodose detta roterar filterenheten och spolning sker av duken i den övre delen av enheten. Ett tunt filterslam samlas upp i en ränna och leds bort. [http://gryaab.se/admin/varor/docs/Skivfilteranlaggning\_pa\_Ryaverket.pdf] Skivfilter är en typ av mikrosil, där silduken har mycket små öppningar (mindre än 50 mikrometer). [b2A OH-samling] Den har en robust konstruktion och kompakt design samt enkel i drift och underhåll. [http://s1011389.crystone.net/uploads/Pille\_Kangsepp\_Kombinera\_skivfilter.pdf] Skivfilter kan användas som ett polersteg då man får bort mycket små partiklar. Konventionell sedimenteringsanläggning använd för att avlägsna större partiklar med hjälp av partiklarnas densitet.

Question 32

Beskriv och förklara ett konkret exempel (ett verkligt tillämpningsexempel) där man använder sig av en jonbytare som en njure i ett processteg. (5X)

Answer 32

Ett exempel på användning av jonbyte är för regenerering av betbad vid betning av rostfritt stål – s.k. syraretardation. Här används en stark basisk anjonbytare som fångar betbadets fria anjoner – fluoridjoner och nitratjoner - medan badets föroreningar i form av metalljoner passerar jonbytaren och leds till extern rening. Vid regenerering av jonbytaren med vatten får man tillbaka betsyra dvs. fluorvätesyra och salpetersyra. Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentrationen i betabadet på en låg nivå vilket möjliggör en effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. [83 sista stycke - 84 stycke 1]

Question 33

En möjlig tillämpning av jonbyte är som njure för rening av sköljbad vid exempelvis en förnicklingsprocess. Här krävs inte bara att man installerar en katjonbytare utan även ett förfilter och en anjonbytare dvs. anläggningen blir relativt kostsam. Förklara varför det inte räcker bara att ha en katjonbytare som njure. (X2)

Answer 33

Bild [C21-22] I förnicklingsprocessen hänger de positiva nickeljonerna ihop med negativa anjoner (i detta fall sulfat- och kloridjoner) i vattenströmmen. Efter katjonbytesprocessen utkommer anjonerna som också måste fångas upp, därför har man även en anjonsjonbytare. Anjonbytaren fångar upp föroreningarna och släpper ut hydroxidjoner (tillsammans med Natriumjonen från katjonprocessen enl bild). * Nu uppstår ett problem efter anjonbytaren. Processen vill inte ha natrium. Därför tillkommer en tredje process som fångar natrium. Så istället för att skicka vattnet vidare till avlopp så snurrar denna jonbytarprocessen och fångar de farliga metallerna.*

Question 34

Beskriv och förklara hur en jonbytaranläggning för (an-)jonbyte är utformad och fungerar (processutformning samt delsteg i processen skall beskrivas). Förklara även hur jonbytesprocessen i sig fungerar. (X5)

Answer 34

[C10] Vid jonbyte avskiljs ett laddat ämne från en vätska genom att de fästs på ett fast material (en jonbytarmassa). Jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid dessa byts mot andra som initialt sitter på jonbytaren. Vid anjonbyte byts negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller kloridjoner, se figur 3.16. [3.3.2 stycke 1] Jonbyte kan genomföras som en satsvis process men det är mycket vanligt att använda (cylindriska, vertikala) kolonner med jonbytarmassa. [C16] Jonbytarprocessen kan också genomföras i en fluidiserad bädd eller tank med omrörning. [sid 82 stycke 1] Figurer från C16 När jonbytaren blir mättad regenereras (elueras) kolonnen genom att tvätta med något basiskt ex natriumlut (dvs natriumhydroxid som har högt pH), varvid fångade joner drivs ut igen och man får en eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [3.3.2 stycke 1]. Det aktiva gruppen i anjonbytarmassan består av olika aminer (t.ex. -CH\_2 N^+ (CH\_3 )\_3 〖OH〗^-) där hydroxidjoner är lättrörliga och kan bytas ut. [3.3.2 stycke 2] Jonbytaren är en jämviktsreaktion. Vid regenerering förändrar man jämvikten genom tillförsel av en stor mängd av den jon som ursprungligen fanns i jonbytaren. [3.3.2 stycke 1] _Mer info_ Används vid regenerering av betbad vid betning av rostfritt stål sk syraretardation. Här används en stark basisk anjonbytare som fångar betbadets fria anjoner (flourid och nitratjoner) medan badets föroreningar i form av metaljoner (komplexbundet flourid och nitratjoner) passerar jonbytaren och leds till extern rening. Vid regenerering av jonbytare med vatten får man tillbaka betsyra dvs. flourvätesyra och salpetersyra. Genom jonbytesanläggningen kan man hålla föroreningskoncentrationen i betbadet på låg nivå vilket möjliggör en effektivare betning samtidigt som man spar en del kemikalier och minskar belastningen på reningsverket. Mer text se sid 152 och se fig 4.17

Question 35

Vilken är de funktionella skillnaderna mellan adsorption på t.ex. aktivt kol och jonbyte och vilka blir konsekvenserna när man skall använda de två olika metoderna. Svaren skall förklaras. (X2)

Answer 35

Vid adsoption på aktivt kol är det ämnen i form av molekyler som avskiljs från en vätska/gas genom att de fäst på ett fast material. [74 stycke 2] Vid jonbyte är det ämnen i form av joner som avskiljs genom att de fästs på en jonbytarmassa. Skillnaden mellan adsoption på aktiv kol och jonbyte är att jonbytaren fångar ämnen i jonform, varvid detta byts mot andra joner som initialt sitter på jonbytaren. [80 stycke 2] De funktionella skillnaderna mellan dem är att jonbyte fångar vattenlösliga ämnen och adsorption kan fånga fettlösliga ämnen. _Aktivt kol:_ * Har en hög kapacitet att binda föroreningar. Ett problem med aktivt kol som adsorbent är dock att det långt innan kolet är mättat med föroreningar, kommer det utgående renade vattnet att börja innehålla föroreningar. Man får ett s.k. genombrott av föroreningar. Genombrottskurvan är för många ämnen vid adsorption på aktivt kol tyvärr ganska flack. Några exempel på faktorer som påverkar är vilket ämne som skall avskiljas, koncentrationen av detta ämne i fluidet och koncentrationen av andra ämnen, partikelstorlek hos adsorbenten, bäddhöjden, fluidets hastighet genom bädden (det tar tid för ämnen att vandra in i kolets porer och sedan adsorberas), temperatur och tryck m.m. och naturligtvis kravet på renhet hos det utgående fluidet. [77 stycke 2] * Det aktiva kolet som förbrukas återvinns vanligtvist inte utan den deponeras eller förbränns med avfallet. [78 stycke 3] _Jonbyte:_ * Sålunda byts positiva laddade metaljoner mot natriumjoner eller vätejoner och negativt laddade joner som t.ex. sulfatjoner mot hydroxidjoner eller kloridjoner. Motjonen som åker vidare med vattnet måste ibland också tas om hand. * Den mättade jonbytaren regenereras (elueras) sedan genom att tvättas med en liten mängd syra, lut eller saltlösning, varvid fångade joner drivs ut igen och man får ett eluat med en hög koncentration. Jonbytaren återgår då till ursprunglig form och kan användas på nytt. [80 stycke 2] _Mer info_ Ett problem med katjonbytare är att den måste regenereras med en stark syra vilket kan försvåra återvinning av den avskilda metallen genom att med syran tillförs en ev. icke önskad anjon. [93 stycke 3]

Question 36

Beskriv hur processen (?) fungerar. Hur skiljer sig omvänd osmos från ultrafiltrering? (X4) a. Omvänd osmos b. Ultrafiltrering (x3) även reningsmekanismen skall förklaras

Answer 36

Membranfiltrering bygger på att man har ett membran som är halvgenomträngligt och som släpper igenom vissa ämnen och håller tillbaka andra. Den vätskeström som passerar membranet kallas permeat och den vätskeström som hålls tillbaka kallas retentat eller koncentrat. [84 sista stycke] Dessa två processer skiljer sig åt vad gäller (avskiljningsmekanismen) vad som passerar igenom membranet. [85 stycke 1] Omvänd osmos kan avskilja mindre ämnen (0,0001-0,002µm i diameter) som joner än ultrafiltering (0,001-0,1µm i diameter). Ultrafiltering har inte heller samma tryckbehov som omvänd osmos. Vid ultrafiltrering sker separationen genom silverkan – molekyler och partiklar mindre än hålen i membranen kan passera medan större ämnen hålls tillbaka. Vid omvänd osmos handlar det om membrandiffusion - ämnen som kan lösa sig i membranet diffunderar igenom membranet och därigenom passera medan andra ämnen hålls tillbaka. [86 stycke 2] **Omvänd osmos** Figure 6En illustrerad bild av omvänd osmos från figur 3.19 B i boken Vid omvänd osmos kan både små partiklar och lösta ämnen som joner avskiljas med hjälp av ett membran. [85 stycke 2] Membrantekniken bygger på följande princip: Om en vätska med en viss koncentration av ett ämne står i kontakt med en annan vätska med en annan koncentration över ett halvgenomträngligt membran (membranet släpper inte igenom ämnet) och ett högt pålagd tryck läggs till på den högkoncentrerade sidan, ett som är högre än den osmotiska tryckdifferensen och filtermotståndet, kommer vatten att diffundera från den högkoncetrerade delen till den lågkoncentrerade (processen backar). Härigenom kan således rent vatten framställas ur en vätskeström och de lösta ämnena koncentreras i en annan. [85 stycke 2] **Ultrafiltrering** Ultrafiltrering är en membranfiltreringsmetod där krafter som tryck eller koncentrationsgradienter leder till en separation genom ett semipermeabelt membran. Suspenderade och lösta ämnen med hög molekylvikt kvarhålls i den så kallade retentatet, medan vatten och lågmolekylära lösta ämnen passerar genom membranet i permeatet. [wiki] Ett ultrafilter kan användas dels för att ge en mycket god rening av en vätskeström dels som en uppkoncentreringsmetod för att möjliggöra återvinning av värdefulla komponenter i en vätskeström. [90 stycke 2]

Question 37

Vid membranseparering talar man om begreppet ”flux”. Ett membrans flux förändras med tiden. Beskriv och förklara 3 olika metoder att angripa problemet utöver att man kan göra rent membranet emellanåt.

Answer 37

Ett membrans kapacitet (s.k. flux) uttrycks som permeatflöde per kvadratmeter membranyta och timme. Fluxet bestäms av porstorleken i membranet, membranets tjocklek, tryckskillnaden över membranet, temperaturen (påverkar vätskans viskositet), koncentrationen löst och partikulärt material och flödeshastigheten förbi membranet. Membranprocesser är känsliga för igensättningar, som snabbt minskar kapaciteten. På membranytan kommer det att efterhand bli en anrikning av olika ämnen som inte kan passera och som därför blockerar membranet dvs. fluxet minskar. För att minska denna blockering använder man vid membranfiltrering en flödesriktning som är parallell med membranet och permeabelt tas ut vinkelrätt från denna ström. Trots alla åtgärder kommer dock fluxet att kraftigt minska med tiden och man behöver göra rent membanet. Detta kan ibland ske genom att cirkulera vatten med hög hastighet genom membranet men oftast behöver man tvätta med syra, alkali eller med tvättkemikalier. Med tiden hjälper inte den regelbundna reningen utan fluxet blir för lågt – membranet behöver bytas ut. Här är skillnaden i drifttid mycket stor mellan olika tillämpningar. [sid 86-87] Sammanfattning [C41]: • Flödeshastigheten längs membranytan: Ökad hastighet =\> högre flux • Temperatur: För de flesta vätskor ökar fluxet med en förhöjd temperatur. • Tryck: Fluxet ökar linjärt med trycket upp till en viss nivå. • Koncentration: Fluxet minskar när koncentrationen ökar. • Förbehandling: God förbehandling minskar igensättningen av filtret (s.k. fouling). • Backspolning/kemisk rengöring Kan lösa igensättningsproblem och kemisk utfällning (s.k. scaling) på membranytan.

Question 38

Ett omvänd osmos-filter är utmärkt som reningsmetod men är ingen bra koncentrationsmetod. Förklara varför. (X4)

Answer 38

Det hänger samman med att den osmotiska tryckskillnaden över membranet är mycket stor om man har stor koncentrationsgradient (det osmotiska trycket för joner som finns i en hög koncentration är mycket stor och fluxet genom membranet blir mycket liten). [sid 92 sista stycket] Membranet skulle inte klara av tryckbelastningen.

Question 39

En vanlig användning av ett ultrafilter är för behandling av ett vatten förorenat med olja. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning baserad på ultrafiltrering är utformad och fungerar (processutformning, separationsmekanism och samtliga delmoment vid drift av anläggningen ska redovisas och förklaras).

Question 40

Beskriv och förklara hur en halvkontinuerlig anläggning för ultrafiltrering är utformad och fungerar där syftet med anläggningen är rena en vattenström innehållande olja (processutformning, separations-mekanism samt processens samtliga delsteg vid drift av anläggningen skall beskrivas). (X3)

Answer 40

Ultrafiltrer, i form av tubmoduler, avskiljer föroreningar som partiklar och makromolekyler som olja och fett, men släpper igenom merparten av de kemikalier som ingår i avfettningsbadet. Ultrafilteranläggningen är utformad som en halvkontinuerlig anläggning där ultrafiltret arbetar mot arbetstank. Genom avskiljningen av föroreningarna i avfettningsbadet kan badets livslängd förlängas. Hur länge beror på när andra föroreningar som inte avskils sätter gränser för användning av badet.

Question 41

Hög driftsäkerhet och driftstabilitet är viktiga krav på dagens miljötekniska lösningar. Det finns flera generella åtgärder som kan vidtas av ett företag för att minska risken för oacceptabla utsläpp via avloppsvatten i samband med haverisituationer. Ge fem exempel på åtgärder samt förklara. (X4)[88]

Question 42

Beskriv hur en (Mikro-)flotationsanläggning fungerar. (X2)

Answer 42

Vid flotation/mikroflotation lyfts partiklarna upp till ytan med hjälp av små luftbubblor. Luftbubblorna skapas genom att en liten vattenström trycksätts och luftas. Eftersom trycket är högt kan en stor mängd luft lösas i vattnet. Nr sedan trycket släpps i en ventil kommer en mycket stor mängd små luftbubblor att frigöras från vattnet – jämför när man öppnar en omskakad läskedryckflaska. De små luftbubblorna sätter sig på partiklarna och lyfter dessa upp till ytan. De floterade partiklarna skrapas av från bassängytan med hjälp av ett skrapverk. Anläggningen på bilden har också ett skrapverk för utmatning av tunga partiklar som ef floterar utan lägger sig på bassängbotten. [BILDA]

Question 43

Vilka för- och nackdelar har en (mikro-) flotationsanläggning jämfört med konventionell sedimenteringsanläggning? (X2)

Answer 43

Fördelen med sedimentation är att den är energisnål, vätskan får sakta flöda genom bassängen. Jämfört med flotation (motsatsen till sedimentation, där tvingar man med luft upp partiklarna till ytan) är sedimentering det mindre energikrävande alternativet men kräver en större bassäng. Uppehållstiden är också mindre energikrävande alternativ men kontrollerar flödeshastigheten. En stor bassäng innebär en större kostnad, finns det möjlighet är det ekonomiska alternativet att välja en mindre bassäng.

Question 44

Partiklar som rymmer från en sedimenteringsbassäng är ett vanligt problem som gör att reningsresultatet inte blir så bra som önskvärt. Redovisa och motivera tre åtgärder som kan lösa problemet. (X4)

Answer 44

**(Röd text)** Ibland förekommer problem med slam som flyter på grund av höga fetthalter – s.k. flytslam. För stora sedimenteringsbassänger används ibland en slamsugningsutrustning i form av en flotte som med hjälp av vajrar vandrar fram och åter tvärs och längs bassängytan. Sågtandade utloppskant används för det renade vattnet. Det är viktigt med en försiktig vattenströmning så att inte sedimenterat slam rycks med det utgående renade vattnet. En annan lösning skulle uttaget av det renade vattnet ske en bit ned under vattenytan med hjälp av en slags vattenlåskonstruktion. [BILDA Extern rening Konv.Sed.anl] Andra störningar som kan inträffa är slamsvällning, där störningsorsaker kan vara t.ex. överbelastning av organiskt material eller höga kolhydrater i vattnet. Man får då en trådbakteriebildning, vilket leder till slamsvällning. Svällslammet har dåliga sedimenteringsegenskaper och en svällslambildning kan helt äventyra processens stabilitet. Här bör man i första hans försöka undanröja störningsorsaken. I andra hand kan trådbakterierna bekämpas med klorering av returslam (i aktivslamanläggning), förtjockarbräddvattnet och rejektvattnet eller tillsats av fällningskemikalier (t.ex. järnklorid). [sid 110] **Från Ana:** * Flera sedimenteringsbassänger i rad Flera anläggningar sätts i rad i tex avloppsreningsverk. Där sker rening om igenom för att ta bort sånt som inte avskiljts tidigare. * Använda sig av ”polermetoden” Man kan sätta ett sandfilter efter sedimenteringsbassängen som ett slutreningsteg för att fånga upp ytterliggare partiklar. * Använda sig utan ett försteg Använda ett galler eller ett fingaller före sedimenteringsbassängen för att ta bort större partiklar ex större fibrer innan de kommer till sedimenteringsbassängen. Detta för att minska belastningen på denna och öka reningsresultat.

Question 45

En flotationsanläggning har nackdelen att vara energikrävande. Ange samt förklara vad som talar för att använda en flotationsanläggning istället för en konventionell sedimenteringsanläggning? (flera olika skäl söks)

Answer 45

För mindre partiklar kan flotationsprocessen användas.[sid 431] Flotation kan användas i mycket kompakta anläggningar [sid 105] Okänslighet för variation i flöde och temperatur Hög avskiljningsgrad även för små partiklar Enkel att sköta Små vattenförluster då slammet har hög TS-halt på avskilt slam [http://www.ifowater.se/sidor/processtyper/flotation.html]

Question 46

Ett reningsverk som inte är byggt för att effektivt avskilja kväveföreningar i ett avloppsvatten kan ändå ha en viss avskiljningsförmåga vad gäller kväveföreningar. Förklara varför samt ange vilka reningsgrad som kan förväntas? [76]

Question 47

Ett viktigt delsteg vid avskiljning av kväveföreningar i ett avloppsvatten är denitrifikation. Beskriv och förklara hur denna delprocess fungerar. (X2)

Question 48

Tekniskt kan kvävereduktion i ett reningsverk genomföra som en s.k. fördenitrifikations-process. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning är utformad och fungerar. (X2)

Question 49

Redovisa 3 för- och nackdelar med en för-denitrifikations-process jämfört en efter-denitrifikations-process. Förklara skillnaderna.

Question 50

I samband med kväverening i ett avloppsvatten är slamålder i reningsanläggningen viktig. Förklara vad som avses med slamålder samt förklara ven varför slamåldern är så viktig vid just kväverening.

Question 51

En (två) viktig faktor vid reglering/styrning av en aktivslam-anläggning är slamåldern resp. slamhalten. Förklara varför. (X3)

Answer 51

Svar från Ana: En bra kvalitet på slam i aktivslamprocessen beror på bl.a. slamåldern. Slamåldern anger förhållandet mellan biomassa och slamproduktion och man vill att denna ska vara konstant. För låga och för höga slambelastningar bör undvikas då låg belastning kan ge en liten och svår sedimenterad flock och hög belastning brukar ge ett bulkigt slam. Slamåhalten?

Question 52

Processinterna åtgärden är viktiga för att minska utsläpp till vatten. Tre olika strategier är här: 1. Åtgärder för minskning av vattenmängd (43, C2) 2. Minskning av föroreningsmängd (49) 3. Användning av ett processinternt reningssteg (i form av t.ex. jonbyte) [2X]

Question 53

Vid ytbehandling inom verkstadsindustrin – kemisk eller elektrokemisk ytbehandling i form av bl.a. förnickling, förkromning och förzinkning – erhålls metallhaltiga vattenströmmar. Beskriv samt förklara för var och en av de tre strategierna om ett konkret förslag på hur man kan reducera vattenproblemen.

Question 54

S.k. nedklassning av vatten är en åtgärd för minskad vattenförbrukning. Förklara vad nedklassning innebär och hur vattenförbrukningen härigenom kan minskas. (X3)

Answer 54

Röd text: Nedklassning innebär att man kan använda mindre renat vatten, inte ha så stor krav på hur renat vattnet är som man använder. Det kan t.ex. innehålla vissa föroreningar. Därmed kan man recirkulera vatten genom processen och slippa ta nytt rent vatten hela tiden, så minskar man vattenförbrukningen. Svar från Ana: * Användning av slutet kylvattensystem * Användning av motströmsteknik för alla tvätt-, spol och lakprocesser. * Optimering av vattenbehovet * Processförändringar/val av processväg med lägre vattenbehov. * Användning av transportband istället för vatten för transport i processen. * Användning av vatten för ändamål med lägre krav på vattenkvalitet, sk nedklassning av vatten. * Återanvändning av förorenat vatten efter rening. * Eliminera periodiska utsläpp, undvik stänk, läckvatten och liknande förluster.

Question 55

Förklara med hjälp av två konkreta exempel vad som avses för begreppen njurfunktion och återvinningsfunktion (OBS exemplen skall beskrivas så att det tydligt framgår vad som händer i respektive process så att de begreppen blir förklarade).

Answer 55

Svar från Ana: Inom ytbehandlingsindustrin används jonbyte ofta för behandling av sköljbad till ytbehandlingsprocesser. Här används jonbytare för att rena sköljbadet och det leder till att mindre mängder renvatten behöver tillföras dit. På detta sätt minskar vattenförbrukningen för sköljning kraftigt. Se figur 3.17

Question 56

Vid membranseparering talar man om begreppet ”flux”. Ett membrans flux förändras med tiden. Beskriv och förklara 4 olika metoder att angripa problemet. (2X)

Answer 56

Röd text: Fluxet är melaniskt genomsläpplighet förmåga, dvs hur mycket kan passera membranet. * Kan ha partikelavskiljning av större partiklar innan membranseparation för att inte sätta igen hålen. * Låta mekanismen renas med jämna mellan rum genom bakspolling. För att ta bort partiklas som har passerat på membranet. * Använda rätt membranmodul för det som vill avskiljas.

Question 57

Vid membranfiltrering är flera olika driftparametrar viktiga. Redovisa samt förklara hur följande driftparametrar påverkar flödet genom ett membran. (X2)

Answer 57

1. Trycket 2. Flödeshastighet över membranytan 3. Koncentrationen 4. Temperaturen

Question 58

Membranteknik kan användas som njure i samband med alkalisk avfettning inom verkstadsindustrin. Redovisa vilken membranprocess som kan användas samt beskriv hur komplett anläggning kan utformas. Redovisa även de ingående delmomenten vid drift av anläggningen.

Question 59

I samband med jonbyte resp. adsorption använder man begreppet ”genombrottskurva”. (X5) * Förklara vad genombrottskurva och jämviktskurva är. Förklara dessa två typer av kurvor och rita en typisk kurva som representerar vardera typen av kurva. * Vilken information kan man få hjälp av en genombrottskurva resp. jämviktskurvan?

Answer 59

Röd text: Vid adsorption och sorption är det viktigt att ha en adsorbent (ex aktivt kol eller jonbytarmassa) med hög kapacitet att binda föroreningar dvs. mängden adsorberade föroreningar per kg ämne ska vara hög. Genombrott innebär att adsorbenten släpper ut föroreningar i utgående strömmen innan ämnet hunnit bli mättad. [sid 77 stycke 2] i Y-axeln visas den maximala föroreningshalten som får släppas ut till utgående ström. Figur 3.14 [bok] illustration av en genombrottskurva för aktivt kol. Figur 5.15 [bok] jämviktskurvor för olika absorbenter vid adsorption. Figur 5.12 visar jämviktskurvor s.k. adsorptionsisomerer för aktivt kol, polymera adsorbenter och zeoliter (adsorptionsjämvikter påverkas av temperaturen och en bestämning av en jämviktskurva behöver göras vid en och samma temperatur – kurvorna kallas därför isomerer).[sid 240 stycke 3] --------- Ett system är i jämvikt när de förändrade processerna som finns förhåller sig till varandra på ett sådant sätt att systemet förblir oförändrat med tiden. Genombrottskurva visar när en absorbent slutar rena en fluid vid en reningsprocess. Svar från Ana: En genombrottskurva visar det utgående renade vattnet då det börjar innehålla föroreningar ett sk genombrott av föroreningar. Den beskriver jonbytes/adsoptionsförmågan i ett kontinuerligt flödessystem. Kurvan visar koncentrationen av spårämne/förorening i förhållande till tiden alt. mängd behandlad vätska. Denna får oftast ett S-format utseende och lutningen avgörs av hastigheten på flödet, höjden och volymen av sorbent samt porstorlek.

Question 60

Företaget Cromater (alt Ytkemi AB) arbetar med ytbehandling och erhåller ett avloppsvatten innehållande metallerna Cu2+, Fe3+, Zn2+ samt Ni2+. Företaget har en konventionell reningsanläggning baserad på kemisk fällning. a) Beskriv och förklara hur reningsanläggningen är uppbyggd och fungerar. (X4) Beskrivningen skall innehålla en redovisning av hur processen tekniskt genomförs, vilka reaktioner som sker och vilka separationsmekanismer som utnyttjas.

Answer 60

Röd text: Kemisk fällning kan göras på olika sätt. Oftast utnyttjas att metallhydroxider har en mycket låg löslighet i vatten. Genom att höja avloppsvattnets pH exempelvis genom dosering av natriumhydroxid (lut) till det metallbärande vattnet fälls metaller ut som metallhydroxid pH-höjningen kan också göras med hjälp av släckt kalk, Ca(OH)2. Släkt kalk är billigare att använda men natriumhydroxid är enklare att hantera. En liten ytbehandlingsanläggning med litet avloppsvattenflöde väljer normalt natriumhydroxid medan ett järn- och stålverk med stora avloppsvattenflöden normalt väljer släkt kalk för pH-höjningen. Figuren nedan visar en typisk anläggning för metalutfällning. Tillsättning av fällningskemikalier sker under kraftig omrörning så att metaljoner och hydroxidjoner får en chans att mötas och reagera. Om det avloppsvatten som ska behandlas har ett mycket lågt pH-värde kan pH-höjningen genom tillsättning av lut eller släkt kalk ske i två steg. I det första steget görs en grovneutralisering och i steg nummer två görs en finjustering av pH. De metallhydroxidpartiklarna som man får vid utfällningen är mycket små och svåra att avskilja. Därför behöver man efter utfällningssteget ha ett flockningssteg. Här tillsätts ett flockningshjälpmedel, en s.k. polyelektrolyt, som får partiklarna att slå sig samman till stora aggregat. Tillsättningen av polyelektrolyten sker under försiktig omrörning så att man inte slår sönder bildade flockar. Den erhållna fällningen, metallhydroxidslam, avlägsnas ur vattnet genom sedimentering. Som sedimenteringsutrustning används mycket ofta en lamellsedimenteringsutrustning. Partikelavskiljningen kan också ske genom filtrering. Det erhållna slammet avvattnas, mycket ofta med hjälp av en kammarfilterpress, och tas sedan omhand för deponering som farligt avfall. För att rena vattnet från metaljonerna har de kemisk fällning där man försöker fälla ut de flesta metaljonerna som metallhydroxidpartiklar vid ett visst pH. Tillsätter fällningskemikalier, ex NaOH eller Ca(OH)2 för att höja pH.et. Vid tillsättningen ska det vara snabb och god omrörningen så att alla hydroxiden reagerar med metaljonerna. Viktigt att det blir rätt pH. Ibland kan man ha två bassänger där kemisk fällning sker för att i första bassängen tillsätta fällningskemikalien till ett ungefärligt pH. I andra bassängen sker en mer noggrannare tillsättning av kemikalien för att få rätt pH, dvs. andra steget är pH-justering. Efter kemisk fällning har man flockning för att få Me(OH)2(s) att flocka sig till större partiklar. Vid flockning tillsätter man ex långkedjade polymerer som bygger bryggor/bindningar till metallhydroxiden för att få större partiklar. Flockningsmedlet tillsätts under snabb omrörning för att få medlet att reagera med Me(OH)2(s), sedan saktas omrörningen ner för att bilda flockarna. Därifrån passerar vattenflödet med flockarna i sedimenteringsanläggningen ex lamellsedimentering. Där avskils flockarna från vattnet genom att vattnet färdas längs lamellerna inner ner till botten och bildar slam. Vattnet kommer in i botten och i toppen som renat H2O.

Question 61

b. Redovisa vilken/vilka kemikalier som används samt förekommande kemiska reaktioner.

Question 62

c. I samband med utfällning av metaller förekommer en rad problem som gör att reningsresultatet inte alltid blir så bra som är önskvärt. Redovisa 2 olika problem som är aktuella samt förklara varför. (X4)

Answer 62

Anas. del: • Metallhydroxidens löslighet är starkt pH-beroende. För enskilda metaller når man en maximal utfällning inom snäva men dessvärre olika pH-intervall. Vid högre respektive lägre pH fås snabbt en betydande metallhalt i lösning. Ex ett avloppsvatten från ytbehandlingsindustrin innehåller en blandning av metaller. Egentligen skulle det krävas en flerstegsutfällning vid olika pH, men det är ekonomiskt orimligt. Resultatet blir att man kompromissar och lägger sig på pH 9-10. Vid detta pH utfälls flertal metaller i någorlunda hög grad, men långt ifrån maximala värden. • Avloppsvatten innehåller ofta komplexbildare. Komplexbildare tillsätts ofta till ytbehandlingsbad för att hålla metaller i badet i lösning. Om avloppsvatten innehåller komplexbildare, kommer komplexbunda metaller ej att fällas ut. Komplexbildarna motverkar på detta sätt den kemiska utfällningen. Röd text: De olika metallerna fäller inte ut vid samma pH därmed blir vissa kvar i priform och kommer med ut i det ”renade” vatten. Man väljer oftast ett optimum på pH.et Ibland räcker det inte bara med sedimentering som endast avskiljningsmetoden. Vissa partiklar kan komma med vattenströmmen fastän man har lamellsedimentering.

Question 63

d. Trots reningen så är vattnet inte rent och företaget kan få krav på sig om att förbättra reningen. Beskriv och förklara två mycket vanliga problem som kan vara orsaken till att företaget Cromater (Ytkemisk) rening inte ger fullgott reningsresultat. (X2)

Answer 63

Röd text • Metallhydroxidens löslighet är starkt pH-beroende. För enskilda metaller når man maximal utfällning inom snäva men dessvärre olika pH-intervall. Vid högre respektive lägre pH erhålls snabbt en betydande metallhalt i lösning. Ett avloppsvatten från bl.a. ytbehandlingsindustrier innehåller en blandning av metaller (Cu, Cr, Zn, Ni, etc.). Egentligen skulle det då krävas en flerstegsutfällning vid olika pH, men detta är ekonomiskt orimligt. Man kompromissar därför och lägger sig på pH 9-10. Vid detta pH utfälls flertalet metaller i någorlunda hög grad, dock långt ifrån teoretiskt maximala värden. • Avloppsvattnet innehåller ofta s.k. komplexbildare. Komplexbildare tillsätts ofta till ytbehandlingsbad för att hålla metaller i badet i lösning. Om avloppsvattnet innehåller komplexbildare kommer komplexbundna metaller att hindra att fällas ut. Komplexbildarna motverkar således den kemiska utfällningen. • Bildade slampartiklar är små och svåra att avskilja. För att förbättra reningsresultatet vid metalutfällningen finns en rad möjligheter. För att komma åt problemet med att hydroxidutfällning är en jämviktsreaktion där man alltid, även vid val av optimalt pH, har en viss mängd metaljoner i lösning kan man välja att fälla ut metallerna med ett annat fällningsmedel med en gynnsammare kemisk jämvikt. Här är en möjlighet att fälla metaller som metallsulfid med hjälp av t.ex. natriumsulfid (Na2S). Metallsulfider är mer svårlösliga dvs. restkoncentrationen i vattnet efter en utfällning blir betydligt lägre än om man fäller som metallhydroxid. Ett problem vid sulfidfällning är att bildade slampartiklar är mycket små och därför svåravskiljbara. Ett annat problem är risken för att svavelväte bildas. Svavelväte luktar illa och är extremt giftigt. Eftersom metalutfällning oftast sker i anläggningar kan man komma ifrån genom att välja en fällningskemikalie som ger sulfidfällning men som ej ger svavelväteproblem. Det finns på marknaden både oorganiska och organiska svavelföreningar som kan användas som fällningskemikalie och där man inte har problem med svavelvätebildning (ex produkter som Metallclean A, Metallclean B och TMT-15). Ett problem här är de betydligt högre kostnaderna för dessa alternativa fällningkemikalier. För att minska kemikaliekostnaderna kan man använda sulfidutfällning som ett kompletterande fällningssteg, dvs. som ett slags polersteg. Eftersom metalmängden i vattnet som skall sulfidfällas då är mycket låg blir kemikalieförbrukningen låg. Man får dock naturligtvis ökade investeringskostnader för det extra fällningssteget. Ett annat problem kan vara att det erhållna sulfidslammet inte kan behandlas, t.ex. avvattnas, tillsammans med hydroxidslammet. En annan lösning på problemet med resthalt av metaljoner i det renade vattnet är att komplettera fällningsanläggningen med ett extra reningssteg, ett s.k. polersteg i form av en jonbytare.

Question 64

e. Redovisa för var och en av problemen enligt ovan (c) en åtgärd som kan minska problemen. Åtgärderna skall beskrivas och även förklaras. (X3)

Answer 64

från Ana Problemet är att hydroxidutfällningen är en jämviktreaktion och har även vid optimalt pH alltid en viss mängd metaljoner i lösning. • Metalutfällning med annat fällningsmedel, med en gynnsammare kemisk jämvikt. Ex kan man fälla metaller som metallsulfid med hjälp av bl.a. natriumsulfid (Na2S). Metallsulfider är mer svårlösliga dvs restkoncentrationer i vattnet efter en utfällning blir betydligt lägre än om man fäller som metallhydroxid. • Om möjligt, oskadliggöra komplexbildarna innan fällningsteg. Ex används cyanider ofta som komplexbildare i vissa ytbehandligsprocesser. Lösningen är att avlägsna cyaniden ur vattnet genom att ha ett cyanidoxidationssteg för de vattenströmmar som innehåller cyanid. Röd text: När vissa metaller är kvar i jonform brukar man utnyttja jonbyte som polermetod för att ta bort dessa joner där med få rent vatten. Jonbyte fungerar på så sätt att man låter vattenflödet tas in toppen och passera jonbytarmassan. Jonbytarmassan byter ut metalljonerna mot ex. vätejoner. Ut får man renat vatten med vätejoner. I detta fall har man katjonbytare. Efter lamellsedimentering kan man anväda sig av en filtermetod, ex mikrosil. Mikrosil kommer åt de partiklas som inte sedimenteringen gjorde och lämpar sig för små mängder partiklar (=Me(OH)_2(s))

Question 65

57. Att minska vattenförbrukningen i en industriell produktionsprocess är en viktig miljöåtgärd. a. Redovisa samt förklara olika skäl (utöver att vatten kan vara en bristvara eller det är dyrt att köpa vatten) till varför det är viktigt att minska vattenförbrukningen. (X3)

Question 66

Att minska vattenförbrukningen i en industriell produktionsprocess är en viktig miljöåtgärd. b. En annan möjlighet för minskad vattenförbrukning är att utnyttja en s.k. njure. Beskriv ett konkret (dvs. ett verkligt) exempel på en tillämning där en njure används just för att minska vattenförbrukningen.

Answer 66

Inom ytbehandlingsindustrin används jonbytare som njure för rening av ett sköljvatten, varför mindre renvatten behövs tillföras detta. Härigenom minskas vattenförbrukningen för sköljningen kraftigt.

Question 67

Att minska vattenförbrukningen i en industriell produktionsprocess är viktig miljöåtgärd. c. Förklara varför det är svårt att ha en omfattande recirkulation av extern-renat avloppsvatten tillbaka till en produktions-process.

Answer 67

Röd text: Ett problem i sammanhanget vid utvecklingen mot allt mer slutna processer (bl.a. på grund av miljösjäl) är att höggradigt slutna processer tyvärr i de flesta fall kännetecknas av en ökad instabilitet på grund av ökande mängder föroreningar, även om undantag finns. Detta medför ett ökat behov av att använda teknik för avskiljning av föroreningar i vatten- eller gasströmmar. I sin tur medför avskiljningstekniken ett ökat behov av destruktion av koncentratflöden eller avfallsflöden. Avfallshanteringen kommer således även av detta skäl att vara ett viktigt teknikutvecklingsområde framöver. Med avloppsvatten kan man inte vara säger på att den är oförändrad år efter år.

Question 68

Tre biologiska reningsmetoder för avloppsvatten är aktivt slammetoden, biotornet och luftade dammen. a. Jämför de tre metoderna med avseende på slamproduktion, tålighet mot belastningsförändringar samt närsaltbehov. Förklara också varför de olika egenskaperna varierar såsom de gör i de olika metoderna.

Answer 68

Question 69

Tre biologiska reningsmetoder för avloppsvatten är aktivt slammetoden, biotorn och luftade sammen. b. För att förbättra en konventionell aktivslamanläggnings funktion för rening av industriella avloppsvatten kan man vidta ett flertal åtgärder. Redovisa tre skilda åtgärder samt förklara på vilket sätt åtgärderna verkar dvs. underlättar behandling av industriavloppsvatten.

Answer 69

Röd text: * För att få en anläggning med stor tålighet mot störningar och hög verkningsgrad kan man kombinera reningsmetoder (flerstegsteknik). Ex placera ett biotorn före en aktivslamanläggning. Biotornet genom sin tålighet skyddar den efterföljande aktivslamanläggningen som är känslig men ger hög reningseffekt. * Aktivslamprocesser där ren syrgas utnyttjas (syrgasprocesser) istället för luft är ett exempel där man ger en bättre driftsäkerhet. Detta är lämplig vid högkoncentrerade avloppsvatten. Syrgassystem kan belasta högt, 2-5 kg BOD7/m3,d och är mindre känsliga för chockbelatningar. * Tillsättning av aktivt kol till en aktivslammanläggning (s.k. PACT-processen eller Katox-processen) är ett sätt att få en bättre COD-reduktion och stabilare process. Detta används vid behandling av textilavloppsvatten. * Suspenderade biofilmprocessen är en kombination av aktivslamanläggnings positiva egenskaper med biotornets positiva egenskaper och man får en anläggning som ger mycket hög verkningsgrad, klarar mycket hög belastning och som är drifttålig. I denna process fyller man luftbassängen med tusentals små fyllkroppar av plast. Mikroorganismerna får växa på fyllkropparnas ytor och man får en biofilm med ett mycket stort antal mikroorganismer på fyllkropparna. Fyllkropparna sköljs runt i luftningsbassängen med hjälp av luftinblåsningen eller med hjälp av en propelleromrörare. Genom att fyllkropparna hela tiden förflyttas runt i luftningsbassängen sköljer syrerikt vatten genom fyllkropparna vilket gör att dessa inte sätts igen av slam och syre tillförs bioskiktet….(117)

Question 70

Vid biologisk rening utnyttjas olika typer av mikroorganismer för att komma åt ett avloppsvattens innehåll av organiskt material – frisimmande bakterier, flockbildande bakterier och högre organismer som en- och flercelliga djur. För en god rening är det viktigt att alla tre grupperna av organismer finns i en reningsanläggning. Redovisa för den biologiska reningsanläggningens funktion.

Question 71

Flerstegsteknik dvs. flera reningssteg efter varandra används ofta inom den industriella externa avloppsvattenreningen. Ett skäl är naturligtvis att man då kan avskilja flera olika typer av föroreningar i reningsverket. Det finns flera andra skäl för att använda flerstegsteknik. a. Ange samt förklara (exempel) fyra andra skäl att använda flerstegsteknik vid extern avloppsvattenrening. (X4)

Answer 71

Från Ana: • Vissa föroreningar kräver flera processsteg för avskiljning. Vid ex biologisk kväverening av avloppsvatten krävs både ett nitrifikationssteg och ett denitrifikationssteg. • Bättre verkningsgrad Verkningsgrader kan man inte enkelt addera. Ex om man har två biologiska reningssteg efter varandra där första steget avskiljer 80% av organiskt material och vidare sätter till ett reningssteg före för att få bort ytterligare föroreningar. Då är det inte troligt att man får en lika hög verkningsgrad i nästa steg. Man får troligenen ökad total vekningsgrad, men inte så hög man kan tro. (80+80\*0,2= 96%) • Ökad driftstabilitet och drifttillgänglighet • Minskad uppehållstid i reningsanläggning dvs mindre anläggning och kostnad. • Vissa föroreningar kräver flera processsteg för avskiljning. Vid ex biologisk kväverening av avloppsvatten krävs både ett nitrifikationssteg och ett denitrifikationssteg. • Bättre verkningsgrad Verkningsgrader kan man inte enkelt addera. Ex om man har två biologiska reningssteg efter varandra där första steget avskiljer 80% av organiskt material och vidare sätter till ett reningssteg före för att få bort ytterligare föroreningar. Då är det inte troligt att man får en lika hög verkningsgrad i nästa steg. Man får troligenen ökad total vekningsgrad, men inte så hög man kan tro. (80+80\*0,2= 96%) • Ökad driftstabilitet och drifttillgänglighet • Minskad uppehållstid i reningsanläggning dvs mindre anläggning och kostnad.

Question 72

Flerstegsteknik dvs. flera reningssteg efter varandra används ofta inom den industriella externa avloppsvattenreningen. Ett skäl är naturligtvis att man då kan avskilja flera olika typer av föroreningar i reningsverket. Det finns flera andra skäl för att använda flerstegsteknik. b. Beskriv och förklara kortfattat även tre skilda konkreta exempel där syftet är att nå effekter som du angivit enligt uppgiften innan.(X2) c. Alt 2 beskriv och förklara kortfattat tre skilda konkreta exempel på flerstegsrening vid extern vattenrening (dvs. beskriv kortfattat och förklara tre helt olika reningsanläggningar). För full poäng krävs dels att man tydligt motiverar vilken och varför fördel enligt svar (30) uppnås dels att de tre exemplen uppfyller skilda skäl enligt (30).

Question 73

I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete finns olika strategier som kan tillämpas för att minska miljöproblemen förorsakade av en industriell produktionsanläggning. Här finns möjligheter som att: I. Utnyttja ett processexternt reningsteg II. Utnyttja ett processinternt reningssteg som exempelvis en njure III. Minska vatten-/lift-flödena IV. Minska produktionen av föroreningar. Rangordna dessa 4 strategier utifrån i vilken ordning de ska prioriteras och motivera ditt svar. (X3)

Question 74

I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete finns olika strategier som kan tillämpas för att minska miljöproblemen förorsakade av en industriell produktionanläggning. Här finns möjligheter som att: I. Utnyttja ett processextern reningssteg II. Utnyttja ett processinternt reningssteg som exempelvis ett njure III. Minska vatten-/luft-flödena IV. Minska produktionen av föroreningar. Rangordna dessa 4 strategier utifrån i vilken ordning de ska prioriteras och motiivera rangordningen.

Question 75

Biologisk reningsprocesser är viktiga inom såväl kommunal som industriell avloppsvattenrening. a. I små samhällen är biorotorprocessen ganska vanlig. Beskriv och förklara hur en biorotoranläggning är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vad som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i anläggningen. (X2)

Answer 75

Anas svar: Biorotor består av en slags biobädd som är placerad på en axel där en del av bäddmaterialet är nedsänkt i vattnet som ska renas. Mikroorganismer bildar ett stationärt skikt på ett bärarmaterial av plast med stor yta. De vanligaste typerna av biorotor har skivor med en diameter på ca 3-4m och skivorna roterar med en hög hastighet som förhindrar att det biologiska slammet växer igen i rotorns celler. De kanaler som finns i rotorn tillåter ett fritt flöde av avloppsvatten och luft då skivorna roterar. Genom att vatten strömmar ut ur rotorn när en del av skivan lämnar vattnet nöts bakterieskiktet succesivt av och följer med vattnet ut. Ny syrerik luft sugs in i cellerna och diffunderar in i bioskiktet, som också lämnar ifrån sig koldioxid och andra oxidationsprodukter. När delen av skivan som varit i luften återkommer ner i vattnet drivs den använda luften ut ur rotorn. En biorotoranläggning består inte enbart av ett biosteg utan det måste även passera ett avskiljningsteg t ex sedimenteringsbassäng, för slammet som bildas i processen.

Question 76

b. Motivera varför metoden i a) utöver ev. ekonomiska orsaker kan vara en kämplig biologisk metod för små samhällen (flera skäl söks). (X2)

Question 77

c. Vid industriell avloppsvattenrening så är den totalblandade aktivslamprocessen mycket ofta använd istället för den konventionella aktivslamprocessen med ett pluggflöde som så ofta används vid kommunal rening. Förklara varför? (X3)

Answer 77

I en totalomblandad aktivslamprocess har man en fullständig omblandning av luftningsbassängen. Denna anläggningstyp används mycket ofta, eftersom man kan få en kraftig utspädning av höga föroreningskoncentrationer och eventuella toxiska ämnen i avloppsvattnet som kan påverka negativt på den biologiska processen.

Question 78

Strategier för en bättre miljö a. I samband med t.ex. industriellt miljöskyddsarbete talar man om ”processinterna åtgärder”. Ibland används begreppet ”företagsinterna miljöåtgärder”. Förklara med hjälp av exempel skillnaden mellan de två begreppen.

Answer 78

Röd text: Med Processinterna åtgärden vill man förändra processen som används och eller rena eller byta ut de råvaror som utnyttjas. Exempel på byte av råvaror eller ändring av process är: • Byte till ett helt nytt sätt att tillverka produkten • Förändring av reaktionstiden, tryck, temperatur, kemisk miljö i processen. • Höjning av utbytet t.ex. genom förbättrad mät- och reglerteknik. • Installation av internreningssteg, t.ex. för avskiljning av föroreningar från processen. • Återvinning av insatskemikalier för ändamål med lägre kvalitetskrav. • Förändring av råvaruhantering (t.ex. lagring och transport). Med Företagsinterna miljöåtgärder innebär alla åtgärder innanför fabriksstaketet dvs. både externa och processinterna åtgärder.

Question 79

b. För att minska utsläpp av föroreningar av olika slag så utnyttjas en rad med olika miljöstrategier i dagens samhälle, t.ex. råvaruförändringar, processförändringar reningsteknik etc. Produktstrategin är ofta den viktigaste strategin att utnyttja. Beskriv hur den strategin kan tillämpas i fallet att produkten är bilar och förklara varför det är viktigt att försöka lösa utsläppsproblem den vägen. (X2)

Answer 79

Röd text: Stora satsningar har gjorts på industriela miljöproblem vilket har givit en märkbart minskning av våra viktigaste föroreningstyper. Detta har gjort oss mer uppmärksam av de diffusa miljöproblemen. Till de diffusa miljöproblemen spelar vi konsumenter en stor roll. De produkter som vi som konsumenter utnyttjar kommer förr eller senare att behöva tas om hand som ett avfall. En stor del av konsumentavfallet förbränns och vi får då problem med förorenade rökgaser och en fast återstod aska som slagg som måste tas om hand. Det avfall som inte förbränns deponeras och då uppstår problem via lakvatten och utsläpp av växthusgaser från nedbrytningsprocesser i deponin. En naturlig utveckling av miljöskyddsarbetet under det senaste decenniet är därför ett minskat intresse för produktionsapparatens miljöeffekter och ett ökat intresse för produkternas miljökonsekvenser.

Question 80

65. Inom den industriella miljöskyddstekniken är åtgärder för minskad vattenförbrukning viktiga. a. Förklara varför minskning av vattenförbrukningen är en viktig miljöåtgärd för att minska föroreningsutsläppen från industriell verksamhet. 2 olika miljöskäl (utöver att vatten kan vara en bristvara) söks.

Answer 80

Röd text: * Många reningsprocesser kräver reningsanläggningar där uppehållstiden är långa (ex sedimenteringanläggningar och biologisk reningsprocesser) vilket gör att anläggningarna blir mycket stora vid stora avloppsvattenflöden och därmed blir också kostnaderna mycket höga. Det är således ur ekonomisk synvinkel fördelaktigare med sås må vattenflöden som möjligt eftersom det som regel ger lägre investeringsbehov ju mindre vattenflöde som skall renas, även om mängden föroreningar som skall avskiljas är densamma. * Ett annat ekonomiskt skäl som ibland är viktigt att beakta är energikostnader. Många aktiviteter i ett företag kräver varmt vatten. Utnyttjas ett råvatten från en vattentäkt kan vattentemperaturen vara låg och mycket energi krävs därför dör uppvärmning av vattnet. Vid recirkulation av vatten är vattentemperaturen vanligen betydligt högre dvs. mindre energi krävs för uppvärmningen. * Ett annat mycket viktigt skäl till att minska förbrukningen av vatten är att föroreningsutsläppen från en industri till recipienten är beroende av avloppsvattenflödena. Många reningsprocesser som utnyttjas i en reningsanläggning har egenskapen att man vanligen kan ganska oberoende av ingående föroreningshalt, uppnå en viss restkoncentration i det renade vattnet. Denna är ofta mycket svår att underskrida även om den ingående koncentrationen är låg. Eftersom utsläppet av föroreningar från en industri naturligen räknas i kg eller ton per dygn och inte per liter avloppsvatten är det angeläget att nedbringa vattenmänden som skall renas till ett minimum även om föroreningskoncentrationen i avloppsvattnet härigenom stiger.

Question 81

Biologiska reningsprocesser är viktiga inom avloppsvattenreningen. a. Ett biotorn har varit mycket vanligt förekommande för rening av avloppsvatten inom kemisk industri. Beskriv och förklara hur en sådan anläggning är utformad och fungerar. Av beskrivningen skall framgå vilka föroreningar som avskiljs, vilka reaktioner som sker, vad som händer med föroreningarna i anläggningen samt normala reningseffektiviteter för olika föroreningar i avloppsvattnet.

Question 82

Biologiska reningsprocesser är viktiga inom avloppsvattenreningen. b. För att förbättra en konventionell aktivslamanläggnings funktion för rening av industriella avloppsvatten kan man vidta ett flertal åtgärder. Redovisa tre skilda åtgärder (obs förändringar av AS-anläggningen) samt förklara på vilket sätt resp. åtgärd verkar dvs. underlättar behandling av industriavloppsvatten.

Question 83

Biologiska reningsprocesser är viktiga inom avloppsvattenreningen. c. Beskriv och förklara hur den (aeroba varianten av den) suspenderade biofilmprocessen fungerar. Beskrivningen skall omfatta dels vilka föroreningar som avskiljs, vilka reaktioner som sker och vad som händer med föroreningarna i vattnet dels hur processen tekniskt genomförs.(X4)

Answer 83

Röd text: Suspenderade biologisk filmprocessen är en kombination av ett biotorn och aktivslammanläggning. I denna process fyller man luftningsbassängen med tusentals små fyllkroppar av plast. Mikroorganismerna får växa på fyllkropparna. De enskilda fyllkropparna sköljs runt i luftningsbassängen med hjälp av luftinblåsningen eller med hjälp av propelleromrörare. Genom att fyllkropparna hela tiden förflyttas runt i luftningsbassängen sköjs syrerikt vatten genom fyllkropparna vilket gör att dessa inte sätts igen av slam och syre tillförs bioskitet. Delar av bakterieskiktet nöts således succecivt av fyllkropparna och följer med vattnet ut. Precis som i aktivslamprocessen följs luftningsbassängen därefter av en sedimenteringsbassäng för avskiljning av det slam som bildas i processen. För att hindra fyllkropparna att följa med det behandlade vattnet ut från luftningsbassängen används en sil. [sid 117 stycke 2] Vid aerob biologisk rening avlägsnas det nedbrytbara organiska materialet genom att organisk material oxidering till koldioxid och vatten med hjälp av mikroorganismer samt överföring av organiskt material till levande cellsubstanser (slam). [B3] Genom att låta mikroorganismer utnyttja avloppsvattnets föroreningsinnehåll som föda kommer man åt även lösta organiska föroreningar. Vid mikroorganismernas arbete oxideras en del av de organiska ämnena till koldioxid och vatten. Mikroorganismerna växer till och förökar sig och denna cellproduktion kan avskiljas ur processen genom sedimentering eller flotation. Mikroorganismerna kräver för sin tillväxt inte bara en kolkälla utan de behöver naturligtvis för sin celluppbyggnad även näringsämnen av olika slag, t.ex. fosfor och kväve. Vid en biologisk rening kommer man därför även att erhålla en viss reduktion av avloppsvattnets innehåll av näringsämnen (s.k. assimilation). [107 stycke 5] Nitrifikation som är en aerob biologisk process. Det bildade vätejonerna konsumerar alkalinitritet. För att nitrifikationsprocessen ska ske måste vattnet ha ett lågt innehåll av organiska material, ett regelbundet pH (buffert), måttlig temperatur (slamålder). [sid 124 stycka 3]

Question 84

Biologisk reningsprocesser är viktiga inom avloppsvattenreningen. d. Den suspenderade biofilmprocessen blir allt vanligare inom den industriella avloppsvattenrening. Förklara varför man ofta väljer den suspenderade biofilmprocessen och inte en konventionell aktivslamanläggnin genom att jämföra de två processtypernas egenskaper. Egenskapsskillnaderna skall förklaras. (X4)

Answer 84

Röd text: Fördelen med suspenderad biofilmprocessen är: • Rening med högre volymseffektivitet • Större mängd aktiv biomassa – andelen aktiva mikroorganismer är högre än för aktivslamanläggning. • Biomassan utgörs av mer specifika bakterier istället för en blandning av bakteriearter. • Stabilare reningsprocess som tål belastningsvariationer och störningar. Dvs chock • Ingen returslamåterföring • Nedbrytningen ej beroende av goda slamegenskaper • Låg suspenderingsbelastning på efterföljande slamseparationssteg.[B18] I suspenderad biofilmsprocessen behöver man inte ha returslampumpning för att upprätthålla en hög mikroorganismkoncentration i luftningsbassängen. Mikroorganismerna växer ju på fyllkropparna och hålls hela tiden kvar i luftningsbassängen. Det är endast produktionen av nya celler som behövs vid sedimenteringen vilket gör att sedimenteringsbassängen endast behöver dimensioneras för att klara av denna begränsande avskiljning. [117 stycke 3] Den mycket stora mängden fyllkroppar ger en mycket stor biofilmyta per volymenhet och processen klarar därför en mycket hög belastning. [117 stycke 4] När en befintlig anläggning är överbelastad eller av andra skäl ger dåligt rening, kan man lägga till en suspenderade biofilmprocessen som ett förbehandlingssteg eller efterbehandlingssteg. Försteget har då en mycket hög belastning vilket gynnar tillväxten av frisimmande mikroorganismer som är bra på att bryta ned löst organiskt material. Den suspenderade biofilmprocessen kan också användas som enda biologiska reningsprocessen. Man får då en reningsprocess som är tålig och stabil, har god verkningsgrad och anläggningen tar mycket liten markyta i jämförelse.[sid (117-118) sista stycket på sid 117]

Question 85

Biologiska reningsprocesser är viktiga inom avloppsvattenreningen. e. Under senare år har många industrianläggningar installerar ett s.k. frisimmarsteg före sin konventionella aktivslamanläggning. Förklara varför? (X4)

Answer 85

Röd text: Vid biologisk rening samverkar en rad olika typer av mikroorganismer. Basen är de frisimmande bakterierna. Frisimmande bakterier är de enda som kan avskilja löst organiskt material i avloppsvatten. De frisimmande bakterierna är dock mycket små och kan ej avskiljas från vattnet genom sedimentering. För slamavskiljning är de flockformiga mikroorganismerna som bildar bra slamflockar viktiga. Vidare behövs mikrodjur – encelliga och flercelliga organismer som äter parikulärt organiskt material i vattnet inklusive de frisimmande bakterierna. [sid 119 stycke 2]

Question 86

Kemisk reningsprocesser är också mycket vanligt förekommande inom såväl den kommunala som den industriella avloppsvattenreningen.

Question 87

Vid kommunal avloppsrening så kan den kemiska reningen genomföras som förfällning eller som efterfällning. Redovisa tre huvudskäl till att välja förfällning istället för efterfällning.

Question 88

Vid kommunal rening är det idag mycket vanligt att man utnyttjar s.k. förfällning. Redovisa och förklara 3 olika skäl till varför förfällning så ofta utnyttjas. (X2) [

Answer 88

Röd text: Vid förfällning tillsätts fällningskemikalier före en försedimenteringsbassäng eller annan slamavskiljningsanordning. Därefter behandlas vattnet biologiskt. Den kemiska reningen sker således före den biologiska reningen. [sid 148 sista stycke] • Utfällningen av fast organiskt material underlättar biologisk rening – ger kraftig minskning i luftningsbehov i biologiskt steg. [43A OH-samling] Detta minskar driftkostnaden vid luftningsbassängen. • Stor slammängd erhålls (kemisk- och biologisk slam). [43A OH-samling] Det är bättre att fälla ut kemisk slam i början då man har som mest slam och få bort så mycket slam som möjligt. Ju större koncentration av slam desto lättare är det att fälla ut. Då sparar man dessutom pengar och utrustning då man slipper en extra flocknings- och sedimenteringssteg. • Slammet som skiljs vid försedimentering skickas till en rötkammare, dvs anaerob nedbrytning av det organiska materialet. Vid rötning av slammet erhålls mycket rötgas. [43A OH-samling] Metoden har fördelen att ge biogas (metangas) som kan utnyttjas för exempelvis uppvärmningsändamål. [sid 157 stycke 1] Om slammet åker vidare och bryts ner via aeroba processer så kan man inte ta vara på energin, utan energin försvinner. Rötning eller metanjäsning innebär syrefri, anaerob, biologisk nedbrytning av organiskt material. Rötningens mekanism består av att anaeroba organismer med tillgång till metaboliserande näringsämnen, såsom kväve och fosfor, bryter ned det organiska materialet. Detta leder till bildning av cellprotoplasma alltmedan kväve omvandlas till organiska syror och ammoniak. Kol frigörs huvudsakligen i form av metan och koldioxid, dvs. biogas.[http://sv.wikipedia.org/wiki/Rötning]

Question 89

Inom den industriella vattenreningen av exempelvis ett avloppsvatten från en massafabrik är efterfällningsanläggningar helt dominerande. Förklara varför man här väljer efterfällning (2 viktiga skäl söks).

Answer 89

Röd text: * Ger bästa reningen med avseende på suspenderad material, BOD och fosfor. [43C] * De flesta anläggningar är byggda efter gamla konstruktioner. Det blir dyrare att bygga om än att förbättra det man redan har. Bättre verkningsgrad

Question 90

Förbränning av kol i syfte att erhålla el och värme för ett fjärrvärmenät är mycket vanligt förekommande runt om i världen. Förbränningen genererar rökgaser som orsakar miljöproblem, t.ex. försurning. Diskutera och förklara vilka möjligheter det finns att minska problemet med försurning förorsakat av nyssnämda energianläggningsutsläpp av Sox (minst 4 olika strategier söks). Diskussionen skall också innehålla en diskussion kring huruvida resp. strategi löser problemet, flyttar den eller orsakar nya miljöproblem. (X2)

Question 91

Adsorption är en populär metod för att rena gaser från lösningsmedel. a. Förklara kortfattat principen för adsorption

Question 92

Adsorption är en populär metod för att rena gaser från lösningsmedel. b. Hur inverkar temperaturen på adsorptionsgraden?

Question 93

Adsorption är en populär metod för att rena gaser från lösningsmedel. c. En del verksamheter som använder aktivt kol som adsorbent behöver byta ut kolet efter en längre tids användning. Förklara varför.

Question 94

Adsorption är en populär metod för att rena gaser från lösningsmedel. d. Beskriv och förklara olika metoder för regenerering av en adsorptionsanläggning. (X2)