Jätevesi – otsonikäsittely

 

Jätevedenkäsittelyprosesseja käytetään sekä kunnallisissa että teollisissa jätevesissä, jotta tiukat päästöjä koskevat ympäristöstandardit täytetään. Teollisten lähteiden jätevesipäästöt sisältävät korkeita COD-, BOD-, TSS-tasoja sekä muita saasteita (esim. lääkejäämät, aldehydit, glykoli, amiinit, alkoholit, monimutkaiset proteiinit ym.). Tämä koskee tekstiilitehtaiden, meijereiden, panimoiden, lääketeollisuuden, paperi- ja selluloosatehtaiden, kosmetiikkateollisuuden, kemianteollisuuden ja muiden tehtaiden prosessivesiä.

Tärkeimmät jätevedestä löytyvät saasteet ovat biohajoavia orgaanisia yhdisteitä, haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, vierasperäisiä aineita, metalli-ioneja, suspendoituneita kiintoaineita, ravinteita, kuten fosforia ja typpeä, mikrobipatogeeneja ja parasiitteja. Viemäriverkoston jätevedessä on tyypillisesti orgaanisia hiiliyhdisteitä seuraavasti: hiilihydraatit (11–18 %), proteiinit (8–10 %), vapaat aminohapot (0,5–1,5 %), rasvahapot (23–25 %), liuenneet orgaaniset hapot (7–11 %) ja muut orgaaniset yhdisteet (25–28 %).

Lisäksi jotkin vedessä olevat saasteet voivat vapautua ympäristöilmaan aiheuttaen hajuja. Vedessä olevasta saasteesta tulee hajua, kun se yhdistyy haihtuvaan aineeseen, jossa on pistävä haju. Hajuongelmat ovat yleisiä jätevedenpuhdistamoissa johtuen haisevien saasteiden runsaudesta. Tyypillisiä esimerkkejä ovat rikkiyhdisteet (H2S ja merkaptaanit), amiinit, ammoniakki ja orgaaniset yhdisteet, kuten skatoli ja indoli.

Esimerkki täydellisestä jätevedenpuhdistusratkaisusta on alla:

 

Esikäsittely

Esiselkeytys

Selkeytys on esivaihe, johon liittyy flokkulantteja, kuten rautasuolat, alumiini, polyelektrolyytit ja kalkki. Gravitaation avulla kiintoaineet laskeutetaan vedestä. Esikäsittelyn jätevedet sisältävät yleensä huomattavia määriä orgaanisia aineita ja niiden biologinen hapenkulutus (BOD) on suhteellisen korkea. Keskimääräinen hiukkaskoko jätevedessä esitetään alla:

Hiukkaskoko Liuenneet kolloidiset Keskeytetty laskeutuvia
(µm) <0.01 0.01-1 1-100 >100

Noin 50 % raakajäteveden COD:sta ja BOD:sta voidaan poistaa osana selkeytettyjä kiintoaineita. Selkeytetty liete jatkokäsitellään yleensä laitoksen lietteenkäsittelyvaiheissa.

Esiselkeytyksen hajupäästöt

Hajupäästöt ovat yleisiä tässä vaiheessa. Koska esiselkeytys on jätevedenpuhdistuksen ensimmäinen vaihe, hajua aiheuttavien saasteiden pitoisuus on suuri, mikä aiheuttaa hajupäästöjä ympäristöön. Seuraavissa käsittelyvaiheissa hajupäästöt vähenevät joko sen takia, että niiden aiheuttajat poistetaan tai koska ne sisältyivät aikaisempiin päästöihin.

Meillä on monentyyppisiä ilma-analyyseja hajupäästöjen arvioimiseksi. Lue lisää tästä.

Otsoniesikäsittely

Otsonilla on monitahoisia vaikutuksia veden/jäteveden parametreihin. Se poistaa väriä, parantaa makua, hajua, tappaa bakteereita ja viruksia, hapettaa rautaa, mangaania, syaniidia, fenolia, bentseeniä, klorofenolia, atratsiinia, nitrobentseeniä ja muita epäpuhtauksia. Otsonin käyttö parantaa jäteveden biohajoavuutta ja teollisuusveden COD:BOD-suhdetta, kuten alla oleva esimerkki osoittaa:

Parametrit Raakavesi ennen otsonointia Raakavesi otsonoinnin jälkeen
COD 5000 4500
BOD 200 2000

Kuten taulukko osoittaa, COD:BOD-suhde ja biohajoavuus paranivat 10-kertaisesti otsonoinnilla. Tämä on yksi potentiaalinen käyttömahdollisuus teollisten jätevesien käsittelyssä ennen biologisia prosesseja.

Sekundäärinen käsittely

Tämä tunnetaan biologisena käsittelynä tai aktiivilieteprosessina. Siihen sisältyy mikro-organismien käyttö orgaanisten saasteiden hajottamiseksi ja typpi- ja fosforipitoisuuden vähentäminen. Tämä prosessi sisältää aerobisen, anoksisen ja anaerobisen käsittelyn erilaisilla tekniikoilla, kuten peräkkäiset panosreaktorit (SBR), perinteinen käsittely tai membraanibioreaktorit (MBR). Aerobisessa käsittelyssä käytetään aerobisia heterotrofisia bakteereita BOD:n ja ammoniakista tai orgaanisista aineista tulevan typen hajottamiseen. Tämä tuottaa nitraattia, joka voidaan sitten muuntaa typpikaasuksi anoksisella käsittelyllä:

Prosessi

Reaktio

Nitrifikaatio

NH4+ +O2 → NO2- + 2H+ +H2O

NO2- + O2 → NO3-

Denitrifikaatio NO3- → NO2- → NO → N2O → N2

Anoksinen käsittely, päinvastoin kuin aerobinen käsittely, tarkoittaa hapetonta ympäristöä, jossa bakteerien on käytettävä hapetettua nitraattia hengittämiseen. Otsonilla voi olla tärkeä rooli epätoivottujen rihmabakteerien estämisessä biologisessa prosessissa. Lisätietoja on alla.

Anaerobinen käsittely voidaan tehdä ennen aerobista ja anoksista käsittelyä fosforin nettovähennyksen saavuttamiseksi.

Useimmat helposti biohajoavat aineet poistetaan biologisessa prosessissa ja biohajoamattomat aineet jäävät jätevesiin. Biologisen käsittelyprosessin biomassan nettokasvu poistetaan jälkiselkeytyksessä ylijäämälietteenä (WAS). Jäljelle jäävä selkeytetty liete kierrätetään.

Palautuslietteen (RAS) otsonikäsittely

MLR on peräisin sisäisestä takaisinkierrätyksestä aerobisista säiliöistä anoksisiin säiliöihin, ja RAS on peräisin jälkiselkeytyksestä. Kumpikin päätyy esikäsittelyn tulovirtaan.
Jätevedenpuhdistamoiden lietteen tyypillisiä ominaisuuksia ovat korkea vesipitoisuus, kokoonpuristuvuus ja kolloidinen rakenne. Rihmabakteerit ovat normaali osa aktiivilietteen mikroflooraa, kun taas liian pitkä rihmat aiheuttavat lietteen paisumisen ja estävät flokkulaation. Otsonin käyttäminen palautuslietevirtauksissa (RAS) edistää flokkia muodostavien bakteereiden kasvua ja estää rihmabakteerien aktiivisuutta, joka voisi edistää lietteen paisumista ja selkeytystä. Otsonin alhaisia annostuspitoisuuksia voidaan käyttää flokkien muodostumisen edistämiseen ja rihmabakteerien aktiivisuuden ja lietteen paisumisen estämiseen prosessin aikana.

Teollisten jätevesien (BOD/COD) otsonikäsittely

Yleinen lietteen fyysinen sakeutustapa on kemiallinen laskeuttaminen, gravitaatiolaskeuttaminen, kelluttaminen, linkoaminen, gravitaationauha ja kiertorumpu. Lietteen sakeutusprosessi lisää nestemäisen lietteen osuutta. Näissä nesteissä on yleensä korkea COD ja BOD riippuen prosessiteollisuuden käyttämistä raaka-aineista. Tyypillisesti kemiallisten prosessien jätevesien COD on 400 – 40 000 mg/l ja kotitalouksien jätevesien 100–450 mg/l. Yleensä COD, joka on yli 350 mg/l, vaatii lisäkäsittelyä. Lisätietoa löytyy jäljempää osiosta 6. Napsauttamalla tästä saat lisätietoa BOD- ja COD-käsittelystä otsonilla.


Lietteen käsittely


Mädätetyn lietteen otsonikäsittely

Anaerobinen mädätys on biologisten prosessien sarja, jossa mikro-organismit hajottavat biohajoavia aineita hapettomissa olosuhteissa. Anaerobisen käsittelyn aikana noin 50 % lietteen orgaanisista aineista biohajoaa ja muuttuu biokaasuksi. Loput orgaanisista aineista hajoaa hitaammin. Lietteen otsonointi johtaa monimutkaisten orgaanisten aineiden disintegraatioon biohajoaviksi pienipainoisiksi molekyyliyhdisteiksi, mikä lisää biokaasutuottoa.

Lisätietoa löytyy tästä.

Sakeutetun lietteen permeaatin otsonointi

Mädätetty liete sisältää yleensä 2–3 % kiintoainetta. Liete vaatii sakeuttamisen mekaanisesti lingolla tai ruuvipuristimella, minkä jälkeen kiintoainepitoisuus on noin 20 %. Tästä prosessista jää väkevää jätenestettä, joka voidaan käsitellä otsonoimalla, jos sitä ei voida siirtää takaisin esikäsittelyyn. Esimerkiksi elintarvike- ja juomateollisuus tuottaa tyypillisesti väkeviä jätevirtauksia tuotantoprosessien sivutuotteina.

Biokaasun hajun otsonointi

Biokaasulaitokset käyttävät usein lantaa ja lihantähteitä biokaasun tuottamiseen. Biokaasulla tarkoitetaan tavallisesti eri kaasujen sekoitusta. Siinä on pääasiassa metaania ja hiilidioksidia (CO2), jotka syntyvät orgaanisten yhdisteiden hajoamisesta. Tässä vaiheessa muodostuu rikkiyhdisteitä (kuten H2S ja merkaptaanit), mikä johtaa korkeisiin hajupäästöihin johtuen niiden alhaisesta hajukynnyksestä. Otsonointi hapettaa nämä yhdisteet, mikä vähentää merkittävästi hajuja, eikä se jätä mitään haitallisia sivutuotteita. Tämä johtaa ympäristön ilmanlaadun paranemiseen sekä parantuneisiin työolosuhteisiin.

Lue lisää biokaasuteollisuudesta

Lue lisää hajuntorjunnasta.

Jälkikäsittely

Jälkikäsittelyn tai kehittyneen käsittelyn tarkoituksena on nostaa jätevesien laatua tai toimia desinfioivana loppuvaiheena.

 

Jälkikäsittelyä ei ehkä tarvita kaikissa jätevedenpuhdistamoissa. Jälkikäsittely myös vaihtelee laitosten välillä riippuen vedessä olevien epäpuhtauksien tyypeistä. Joissakin kehittyneissä jätevedenpuhdistamoissa käytetään prosesseja, joissa poistetaan ravinteet, biohajoamattomat orgaaniset aineet, suspendoituneet kiintoainekset ja myrkylliset aineet. Muita yleisesti käytettyjä tekniikoita ovat suodatus, membraanibioreaktorit (MBR), käänteisosmoosi, UV ja AOP (kehittynyt hapetusprosessi). Näitä käsitellään yksityiskohtaisemmin jäljempänä.

Suodatus

Yleisimmin käytettyjä suodatusaineita ovat hiekka ja aktiivihiili. Epäpuhtauksien poistamisessa tärkeitä tekijöitä ovat suodatusaineen määrä ja kosketusaika.

Hyvät puolet Huonot puolet
Helppo asentaa Tukkeutuvat usein / suodattimen vaihto
Suuri valikoima huokoskokoja tai pinta-aloja Aktiivinen kosketusaika lyhentyy ajan myötä bakteerien kerääntymisen takia.

Otsonia voidaan käyttää suodatuksen esikäsittelyvaiheena tai jälkikäsittelynä, jossa hiukkaset hajotetaan ja vedenlaatua parannetaan.

Otsoni ja käänteisosmoosi (RO)

Käänteisosmoosia käytetään usein kaupallisten ja kotitalouksien vesien suodatuksessa. Vesi kulkee paineen avulla kalvon läpi konsentraatiogradienttia vastaan eli pienemmästä pitoisuudesta suurempaan.

Hyvät puolet Huonot puolet
Sekä hyvien että huonojen ionien poistaminen Jatkuva tukkeutuminen ja klooripitoisuus vahingoittavat RO-järjestelmää
Vaikuttaa veden makuun Teho heikkenee ajan myötä.

Otsoni on optimaalinen menetelmä desinfiointiin tai RO-permeaatin jatkokäsittelyyn veden hyödyntämiseksi muissa tarkoituksissa tai jätevettä koskevien tiukkojen määräysten täyttämiseksi.

Otsonidesinfiointi

Veden desinfiointi otsonilla on kannattavaa verrattuna perinteisiin tapoihin, kuten kloori- tai UV-desinfiointiin. Otsoni hajottaa tehokkaasti solukalvojen lipidikerroksen. Otsoni on tehokkaampi virusten ja bakteerien deaktivoinnissa kuin mikään muu desinfiointikäsittely ja se vaatii vain lyhyen kosketusajan. Lisätietoa löytyy tästä

Kunnallisten jätevesien käsittely otsonilla

Alla oleva kaavio esittää tyypillisen esimerkin käsitellystä jätevedestä, jossa on käytetty pilottijärjestelmämme yksivaiheista otsonitekniikkaa COD- ja BOD-tasojen alentamiseen.

Lisätietoa toteutettavuudesta ja pilottiprojektista löytyy tästä

 

Ozone tech