MBR-OPAS PROSESSIEN HANKINTAAN, MITOITUKSEEN JA KÄYTÖN OPTIMOINTIIN ILARI LIGNELL SISÄLLYS Hankkeen taustaa MBR-tekniikka yleisesti MBR-prosessin toiminta MBR-prosessin mitoitus Käytön optimointi Hankinta Yhteenveto 1
HANKKEEN TAUSTAA MBR-tekniikka on yleistynyt maailmalla kiihtyvällä tahdilla Viime vuosina lisääntynyttä kiinnostusta MBR-tekniikkaan Suomessa Ruotsissa Himmerfjärdsverketin pilotti 2012-2013 ja Henriksdalin demolinja 2013=> LUT:n MBR-pilotit Parikkala, Mikkeli ja Vihti 2014-2015 Ramboll Mikkelin pilotoinnin konsultiksi Ramboll Parikkalan jätevedenpuhdistamon suunnittelussa 2012 => Vain vähän suomenkielistä aineistoa MBR-tekniikasta => MBR-opas 2014-2015 VVY:n kehittämisrahasto, Lappeenranta, Mikkeli ja Tampere sekä Ramboll Finland Oy Insinöörityö (Ville Venejärvi) ja Diplomityö (Ilari Lignell) HANKKEEN TAUSTAA Vierailu Henriksdalin puhdistamolle 16.6.2014 Referssilaitokset kartalle => Mahdollisimman monen eri kalvotoimittajan puhdistamoa Prioriteettina pohjoiset olosuhteet Saksan laitoskierrokset Düsseldorfin alueelle 6.-9.10.2014. Nordkanal (GE), Hünxe (Microdyn Nadir), Woffelsbach (Kubota) ja Seelscheid (Kubota) Ranskan laitoskierrokset Bretagnenniemimaalle 12.-14.11.2014 Nozay (Alfa Laval), Betton (Kubota), ja Avranches (Puron) 2
MBR-TEKNIIKKA YLEISESTI Kalvobioreaktori on aktiivilieteprosessi, jossa painovoimainen lietteenerotus on korvattu kalvosuodatuksella => korkeampi lietepitoisuus Korvaa jälkiselkeytyksen, tertiäärikäsittelyn ja desinfioinnin => investointisäästöt Putkimaisia ottokuitukalvoja (HF) tai tasomaisia kalvoja (FS) ja niiden yhdistelmiä (mm. hollow sheet) Mikro- ja ultrasuodatuskalvoja (0,4-0,04 µm), Kalvotyypeillä ja -materiaaleilla suuria vaikutuksia suodatuksen toteutustapoihin Kalvohinnat nykyään 50 /m 2 ylöspäin. Lisäksi komprossoreita, pumppuja, kemikaalilaitteistoja, automaatio Kalvojen elinikä 10-15 vuotta MBR-TEKNIIKKA YLEISESTI Kalvosuodatusyksiköt voidaan sijoittaa ilmastusaltaaseen tai erilliseen altaaseen => lietteen kierrätys (200-500 %) + huollot. Soveltuu saneerauskohteisiin Kalvot pidettävä puhtaana erilaisilla puhdistusmentelmillä (käyttökustannukset) Vertailukustannukset CAS ~ MBR Energiankulutuksen optimointi tärkeää. Automaatiolla tärkeä rooli Permeaatti kirkasta, ei poista liukoisia ravinteita Soveltuu vain matalakuormitteisiin laitoksiin. Tukkeutumisriskit huomioitava! Mahdollistaa tehokkaamman jatkokäsittelyn tulevaisuudessa 3
MBR-PROSESSIN TOIMINTA Suodatettaessa kalvot tukkeutuvat ajan myötä => Permeabiliteetti laskee liian alas pinta- ja huokostukkeutumista Poistettava, pysyvä ja peruuttamaton tukkeutuminen Clogging Ilmakuplapuhdistus (0,2-0,8 m 3 /m 2 h), relaksaatiot esim. 8/10, viikottaiset vastavirtapesut ja kemialliset palautuspesut (2-4krt/a) Natriumhypokloriitti/lipeä, sitruunahappo/ oksaalihappo/suolahappo Kuitujen poistaminen tärkeää toimivarmuuden parantamiseksi Työmäärä yhtä suuri tai hieman suurempi Alussa työmäärä voi olla suurempi optimoinnin takia MBR-PROSESSIN TOIMINTA 17 % Energiantarve 6 % 9 % 57 % Kalvoilmastus Biologian ilmastus Sekoittimet Lietekierrätys 0,67-1,8 kwh/m 3 11 % Muu MBR Energiankulutusta on optimoitu paljon Puhdistustulokset Usein parempia kuin CAS-prosessissa Poistaa mikrobit ja useimmiten viruksetkin Ei ole itsestäänselvyys, vaatii toimivan biologian ja kemikaloinnin MBR-liete Liete on hieman heikommin kuivattavaa Polymeeriä tarvitaan enemmän Flokkikoko pientä Linko- ja ruuvikuivaimia käytössä Parametri Tuleva Lähtevä Reduktio mg/l mg/l % BOD 7 266 1,9 99,3 % kok-p 8,3 0,2 97,0 % Kok-N 74 6 92,0 % NH4-N 52 0,2 99,6 % Kiintoaine 287 2,1 99,3 % 4
MBR-PROSESSIN MITOITUS Nyrkkisääntö: kalvoalaa tarvitaan 1 m 2 /AVL Tarkempi arvio => 24 x Q/T Kalvoala riippuu merkittävästi lämpötilasta ja virtaamasta sekä jätevedenlaadusta ja on tarkasteltava aina tapauskohtaisesti Qmax/Qmin = suodatuslinjojen lukumäärä MBR:ssa biologia mahtuu noin 25 % pienempään tilaan Kalvosuodatuksessa lietepitoisuus voi olla korkeampi => kierrätys pienemmäksi Puhdistusilmantarve noin 4 l/m 2 *min 10-20 % kalvoilmastuksen hapesta hyödynnettävissä biologiassa 4500 4000 3500 3000 Mikkeli, Kenkäveronniemen jätevedenpuhdistamo Jätevedenpuhdistamonlle tulevan veden virtaama ja lämpötila vuosina 2010-2014 Lämpötila C Virtaama/lämpötila 18 16 14 2 500 12 2 000 10 1 500 1 000 500 8 6 0 1.1. 8.2. 18.3. 25.4. 2.6. 10.7. 17.8. 24.9. 1.11. 9.12. 16.1. 23.2. 2.4. 10.5. 17.6. 25.7. 1.9. 9.10. 16.11. 24.12. 31.1. 9.3. 16.4. 24.5. 1.7. 8.8. 15.9. 23.10. 30.11. 7.1. 14.2. 24.3. 1.5. 8.6. 16.7. 23.8. 30.9. 7.11. 15.12. 22.1. 1.3. 8.4. 4 2010 2011 2012 2013 2014 MBR-PROSESSIN MITOITUS Laimennettuja pesukemikaaleja noin 4l/m 2 Huomioitava laimennussäiliöt, nostotarve, kemikaaliturvallisuus Saostuskemikaalit kuten CAS-prosessissa (huom. tukkeutuminen) Esikäsittelyyn lisättävä 1-2 mm hienovälppäys tai esiselkeytys Lietteen tuotto samaa tasoa kuin CAS-prosessissa Flokkikoko pientä, polymeeritarve suurempi Liete vaikeammin kuivattavaa? Ville Venejärven insinöörityö: Kalvobioreaktoriprosessinlietteenkäsittely yhdyskuntien jätevedenpuhdistamoilla 5
KÄYTÖN OPTIMOINTI Voi vaatia merkittäviä panostuksia Kalvotoimittajan osaamisen hyödyntäminen Vaatii omaa osaamista ja paneutumista Ilmapuhdistuksen optimointi Käytetään vain tarvittava määrä kalvoja, kuormitus tasaisesti (revolveri) Jaksoittaiset puhdistukset Lietekierron optimointi (potkuripumppaus, airlift) Hapensiirron optimointi (deox-osiot, kuplakoko) Puhdistustulokset Saostuskemikaloinnin optimointi Lieteiän hallinta lämpötilan mukaan Happipitoisuuksien hallinta KÄYTÖN OPTIMOINTI MBR-puhdistamon operointi Automaatio voi vähentää työvoimatarvetta Automaatio-, instrumentointi- ja kemikaalityöskentely korostuu Kaukovalvonnalla tukea häiriötilanteissa Vaahtoamiseen varauduttava Lietteenkäsittelyn optimointi Ylijäämäliete kalvosuodatuksesta Hienovälpe ylijäämälietteseen Polymeroinnin optimointi Lieteiän hallinta Sakeutuksen toiminta heikkoa 6
HANKINTA Hankintakokonaisuus ja prosessivastuut Vaativa suunnittelu MBR-prosessin kilpailutus erikseen => antaa suuntaviivat muulle puhdistamolle Rakennusurakka MBR-prosessin vaatimuksien mukaan Automaatio erikseen? Takuuarvot (voimassa vain suunnittelurajoissa) Permeaattivirtaama Kiintoainepitoisuus 2 mg/l Indikaattoribakteerit (hygienisointivaatimus?) Kalvomoduulien puhdistusilmamäärä eri virtaamilla Permeaattipumppujen energiankulutus eri virtaamilla Kemikaalipesujen lukumäärä ja vuotuinen kemikaalitarve ei virtaamilla YHTEENVETO Kalvosuodatus poistaa kiintoaineen, ei liukoisia ravinteita Hyvät puhdistustulokset, lietettä ei karkaa (tulevaisuus?) Kylmille huippuvirtaamille tarvitaan usein erilliskäsittely Sopii pitkän lieteiän prosessiksi ja usein saneerauskohteisiin Kalvojen tukkeutuminen estettävä erilaisilla puhdistusmenetelmillä Kalvopesujen optimointi kapasiteetin ylläpitämiseksi Energiankulutuksen optimointi käyttökustannuksien minimoimiseksi Työmäärä voi alkuun olla optimoinnin takia suurehko MBR vs. CAS: Investointikustannukset pienemmät, käyttökustannukset suuremmat, elinkaarikustannukset usein samaa tasoa MBR-prosessin hankinta erillisenä prosessiurakkana 7
KIITOS! 8