TYPEN JA LÄÄKEAINEIDEN POISTON TEHOSTAMINEN JÄTEVEDESTÄ PAC-MBR TEKNIIKALLA Niina Vieno, TkT Vesihuolto 2016 Kiitos Vihdin Vedelle! 1
Jauhemainen aktiivihiili lisätään biologiseen ilmastusvaiheeseen Jätevesi AKTIIVILIETE Ilmastusallas KALVOBIOREAKTORI (MBR) Kalvoja putsaava ilmavirta Puhdistettu jätevesi Ylijäämäliete Aktiivihiili adsorboi aineita tehokkaasti Yhdistettynä MBR-tekniikkaan: Ei tarvetta erilliselle aktiivihiilen annostus- ja poistoyksikölle Todettu tehostavan sekä ravinteiden että mikropollutanttien poistoa Saattaa hidastaa kalvon likaantumista Kylmillä vesillä saattaa parantaa veden suodatettavuutta (korkeampi vuo) Verrattuna GAC-suodatukseen etuna on tuoreen hiilen syöttö Haittapuolena aineiden sitoutuminen lietteeseen 2
Koejärjestely Kalvot pestiin noin 2 viikkoa ennen koejakson alkua. MLSS koejakson alussa 13,8 g/l ja lopussa 16,9 g/l. Aktiivihiili lisättiin anaerobiseen osaan seuraavasti: Päivä 0: 0,5 g/l (2,3 kg) Päivä 19: lisäys 1,5 g/l (6,9 kg) Kokonaiskesto 36 päivää Koejakson aikana ei poistettu lietettä. HUOM Jos lietettä poistetaan, tuoretta AC-hiiltä on lisättävä poistettu määrä Lääkeaineiden näytteenotto (n. 50 ainetta, Ramboll Analytics) NH 4 -N ja NO 3 -N näytteenotto (kyvettitestit) MLSS näytteenotto Alkuperäinen kuva: Miia Nissinen, diplomityö 3
Aktiivihiili: Jacobi AquaSorbTM MP25 Aineiden adsorptioon vaikuttaa eniten Hiilen pintakemia ja funktionaaliset ryhmät Huokoskokojakauma Veden ph ja matriisi Pilotille tulevassa vedessä oli keskimäärin 73 mg/l NH 4 -N ja 0,6 mg/l NO 3 -N 100 90 80 Pitoisuus (mg/l) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 5 7 8 12 14 16 19 21 25 27 29 32 34 Päivä Nitraatti Ammonium 4
Aktiivihiilen lisäys paransi typenpoistoa hieman Pitoisuus (mg/l) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 5 7 8 12 14 16 19 21 25 27 29 32 34 36 Päivä Nitraatti Ammonium Poistuma 98% 96% 94% 92% 90% 88% 86% 84% 82% 80% Poistuma Miksi aktiivihiili lisäisi typenpoistoa? Bakteereille toksisten aineiden adsorptio aktiivihiileen. Aktiivihiili voi toimia kasvualustana typpeä poistaville bakteereille. Denitrifioivia bakteereita PAC MBR lietteessä Lähde: Serrano et al. 2011, Wat Res. 45, 5323 5
Kofeiini Parasetamoli Ibuprofeeni Naprokseeni Hydroklooritiatsidi Furosemidi Tetrasykliini Diklofenaakki Siprofloksasiini Metoprololi Doksisykliini Sitalopraami Bisoprololi Atenololi Sulfametoksatsoli Enalapriini Fenbendatsoli Sotaloli Ketoprofeeni Propranololi Hydrokortisoni Ketokonatsoli Trimetopriimi Betsafibraatti Karbamatsepiini Metronidatsoli 27 8,7 4,5 3,7 3,3 2 1,9 1,9 1,7 1,1 1 0,59 0,57 0,57 0,55 0,53 0,43 0,36 0,31 0,28 0,27 0,27 0,14 <0,2 100 160 Puhdistamolle tulevassa vedessä 25 lääkeaineen pitoisuudet olivat yli määritysrajan 0 50 100 150 200 Pitoisuus (μg/l ) Hydroklooritiatsidi Furosemidi Diklofenaakki Metoprololi Monet aineista poistuivat tehokkaasti sekä Nummelan puhdistamolla että MBRpilotissa, osa pysyvämpiä Sitalopraami Bisoprololi Atenololi Sotaloli Ketoprofeeni Propranololi Trimetopriimi Betsafibraatti Nummela lähtevä Pilot permeaatti ilman PAC lisäystä Summa (μg/l ) Nummela tuleva 322 Nummela 373 esiselkeytetty (= pilot tuleva) Nummela lähtevä 17,7 Pilot lähtevä 8,0 Karbamatsepiini 0 2 4 6 Pitoisuus (μg/l) 6
Lääkeainepitoisuuksien summa Nummela lähtevä Pilot permeaatti (ilman PAClisäystä) Pilot (PAC 0.5 g/l, 2 pv) Pitoisuus (μg/l) 0 5 10 15 8.0 0,1 17.7 Aktiivihiilen lisäys paransi lääkeaineiden poistumista selvästi Pilot (PAC 0.5 g/l, 7 pv) 1.1 Pilot (PAC 0.5 g/l, 19 pv) 3.0 Pilot (PAC 2 g/l, 3 pv) 0,1 Pilot (PAC 2 g/l, 8 pv) 0.2 Pilot (PAC 2 g/l, 17 pv) 0.09 Heikoiten adsorboituivat diklofenaakki ja hydroklooritiatsidi Pitoisuus (μg/l) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Diklofenaakki 0 2 7 19 22 27 36 Päiviä koejakson aloituksesta Pilotille sisään Permeaatti Poistuma 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Poistuma 7
Lääkeaineet kertyivät MBR-lietteeseen 140 Lääkeainepitoisuuksien summa MBR tankissa Pitoisuus (μg/l) 120 100 80 60 40 20 0 Ilman PAC lisäystä PAC 0,5 g/l (19 pv) PAC 2 g/l (17 pv) Arvioitu aktiivihiilen annos käsiteltyä jätevettä kohti 40-140 mg/l Kirjallisuudesta diklofenaakille: Ultrapuhdas vesi: 10 20 mg/l Pintavesi: 30 mg/l Käsitelty jätevesi: 50 mg/l Ruotsi (Säfström 2008): 63 99 % lääkeainepoistuma PAC-annoksella 50 mg/l 8
Kustannukset /m 3 Lähde Erillinen PAC-yksikkö 0,12 VVY 42/2016 investointikustannukset Erillinen PAC-yksikkö käyttökustannukset 0,12 VVY 42/2016 GAC investointikustannukset 0,15 VVY 42/2016 GAC käyttökustannukset 0,12 VVY 42/2016 Erillinen PAC-yksikkö käyttökustannukset 0,11 Säfström 2008 PAC-MBR: PAC-annos 0,5 g/l, hiilen 0,008 Remy et al. 2010 kustannus Tämä tutkimuksen mukainen kustannusarvio Kustannusarvio hiilelle* ( /m3) PAC-annos (g/l) Mikkeli Parikkala 0,5 0,05 0,03 1 0,11 0,06 1,5 0,16 0,09 2 0,22 0,12 *hinta 2 /kg 9
Käyttökustannusarvio lieteiän funktiona (PAC= 1 g/l, käyttö 365 d) 0,25 0,20 Kustannus ( /m3) 0,15 0,10 0,05 0 5 10 15 20 25 30 35 Lieteikä (d) Yhteenveto PAC-hiilen lisäys MBR-prosessiin saattaa parantaa typenpoistoa ja parantaa huomattavasti mikropollutanttien poistoa Toisaalta esim. diklofenaakki adsorboituu aineista heikoiten Kustannukseltaan tekniikka on kilpailukykyinen erillisen PAC- tai GAC-yksikön kanssa Lisäksi mahdollista annostella vain osan aikaa vuodesta (esim. talviaikaan) Aineiden sitoutuminen lietteeseen saattaa haitata lietteen jatkokäyttöä 10
Niina Vieno Puh. 050 544 8431 niina.vieno@lakijavesi.fi 11