FCG Finnish Consulting Group Oy KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 21.9.2009
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen I 21.9.2009 SISÄLLYSLUETTELO 1 Yleistä... 1 2 Näytteenotto... 2 2.1 Näytejaksot... 2 2.2 Mitattavat parametrit... 2 3 Tulokset... 3 3.1 Normaalikuormitus... 3 3.1.1 Kuormitusarvot... 3 3.1.2 Mittaustulokset... 3 3.2 Korkea kuormitus... 7 3.2.1 Kuormitusarvot... 7 3.2.2 Mittaustulokset... 8 4 Johtopäätökset...13
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 1 (13) KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO JÄLKISELKEYTYKSEN TULOJÄRJESTELYT 1 Yleistä Tutkimuksessa selvitettiin vedenjaon toteutustavan vaikutusta jätevedenpuhdistamon jälkiselkeytyksen toimivuuteen. Kohteena oli Turun Kakolanmäen puhdistamo, jossa on 9 m leveät ja noin 110 m pitkät suorakaiteen muotoiset selkeyttimet. Selkeytettävä aktiiviliete syötetään aukoista altaan alkupäähän aukotetun syöttökanavan kautta (kuva 1A) ja poistetaan loppupään poistokouruista. Palautusliete johdetaan pois altaan puolivälissä sijaitsevien lietetaskujen kautta. Järjestelyn vaikutusta altaan toimintaan tutkitaan näyteohjelmalla, jossa linjan koepuoliskoa verrataan toiseen linjaan, joka on toteutettu perinteisemmällä tulojärjestelyllä. Kakolanmäen puhdistamon ensimmäisen käsittelylinjan jälkiselkeytysaltaan virtaussuunnassa vasempaan allaspuoliskoon on toteutettu koeluontoinen veden tulojärjestely (kuva 1B). Altaan alkuun on rakennettu vino väliseinä, joka on pohjasta auki ja jonka yläreuna ei ulotu veden pinnalle asti. Seinän tarkoituksena on ohjata altaaseen tulevan aktiivilietteen virtaus selkeytysaltaan pohjalle. Tämä heikentää ns. pohjavirtausta eli lietepatjan päällä kulkevan virtauksen tehoa, mikä estää läpivirtauksia altaan sisällä. Kuva 1A. Perinteinen tulojärjestely (verrokki). Kuva 1B. Tutkittu tulojärjestely (koelinja).
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 2 (13) 2 Näytteenotto 2.1 Näytejaksot 2.2 Mitattavat parametrit Laitoksella kerättiin näytteet kahden näytejakson aikana. Ensimmäinen jakso (keväällä 2010) edusti normaalia virtaamatilannetta ja toinen (syksyllä 2011) korkean kuormituksen tilannetta. Tutkittaviin jälkiselkeyttimiin tulevaa virtaamaa säädettiin sulkemalla linjan toinen allaspuolisko ja säätämällä k.o. linjan ilmastusaltaaseen johdettavan veden virtaamaa. Aktiivilieteprosessin ajotapaan näytteenotto ei vaikuttanut, ja myös jälkiselkeytykseen menevän veden polymerointi pidettiin ennallaan. Normaalin kuormitustilanteessa tapauksessa samat määritykset tehtiin samanaikaisesti koelinjassa ja verrokkilinjassa. Suuren virtaaman tilanteessa vettä ei riittänyt samanaikaisesti kahdelle linjalle, joten näytteenotto tapahtui peräkkäin. Jotta saataisiin tuloksia myös hieman pidemmältä ajalta, järjestettiin ylimääräiset näytejaksot, joissa kummastakin tutkittavasta altaasta otettiin tunneittain näytteitä lähtevästä vedestä yhden työvuoron t.s. 8 h ajan. Näytejakson läpi jatkuva mittaus: - Jätevesivirtaama, m 3 /h - Palautuslietevirtaama, m 3 /h - polymeerisyöttö jälkiselkeytykseen, g/m 3 Näytteet linjoittain ½-1 h välein - Ilmastusaltaan lietepitoisuus, kgmlss/m3 - Aktiivilietteen 30 min laskeutuvuus, ml/l - Näkösyvyys selkeytysaltaan puolivälissä ja lopussa, m - Altaasta lähtevän veden kiintoainepitoisuus, mgss/l Lisäksi seurattiin jälkiselkeytyksen alkuosan pintalietteen määrää ottamalla kummastakin altaasta valokuvia näytteiden ottamisen yhteydessä. Kiintoaineen jakautumista selkeytysaltaan sisällä tutkittiin kertanäytteillä. Näytteitä otettiin syvyyssuunnassa 1 metrin välein ja altaan pituussuunnassa noin 20 metrin välein.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 3 (13) 3 Tulokset 3.1 Normaalikuormitus 3.1.1 Kuormitusarvot 3.1.2 Mittaustulokset Normaalissa kuormitustilanteessa ilmastusaltaisiin ja sitä kautta jälkiselkeytyksestä lähtevän veden virtaama vakioitiin siten, että pintakuorma oli 0,8 0,9 m/h. Tänä aikana aktiivilietteen lietepitoisuus ilmastusaltaassa vaihteli välillä 3,7 4,1 kg/m 3. Ottaen huomioon palautuslietevirtaaman oli vastaava lietekuorma sekä koe- että verrokkilinjalla välillä 6,1 6,6 kgss/h/m 2. Palautuslieteprosentti oli yli 80 %. Koejakson ajan säilytettiin laitoksen polymeerinsyöttö jälkiselkeytyksiin normaalina eli annostelu oli tasolla 1,0 g/m 3. Ilmastuksen lietepitoisuus mittausten aikana oli 3,8 4,1 kgmlss/m3 koelinjassa ja 3,7 4,0 kgmlss/m3 verrokkilinjassa. Lieteindeksi oli kummallakin linjalla keskimäärin käytännössä sama eli 110 115 ml/g (kuva 2). Tyypillisesti aktiivilietteestä erkani laskeutuskokeen aikana sekä pinta- että pohjalietettä (kuva 3). 140 120 100 ml/g 80 60 40 Koelinja Verrokki 20 0 1 2 3 4 5 näytekerta Kuva 2. Näytteenoton aikana mitatut lieteindeksit.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 4 (13) Kuva 3. aktiivilietteen laskeutuvuuden testaus. Näkösyvyys altaiden päässä oli melko heikko johtuen vedessä olevasta melko runsaasta flokkimäärästä. Näkösyvyys oli hieman yli metrin luokkaa ja oli hieman suurempi verrokkilinjassa (kuva 4). Myös silmämääräisesti lähtevässä vedessä oli selvästi mukana flokkautunutta kiintoainetta (kuva 5). Kumpikaan selkeytinallas ei kuitenkaan lyönyt läpi siinä mielessä, että lähtevässä vedessä olisi ollut laskeutuvaa ainesta mukana. Lähtevästä vedestä otetuissa näytteissä ei koeastian pohjalle kertynyt sakkaa (kuva 6). 1,4 1,2 metriä vesisyvyyttä 1 0,8 0,6 0,4 Verrokki Koelinja 0,2 0 1 2 3 4 5 näytekerta Kuva 4. Näytteenoton aikana mitatut näkösyvyydet.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 5 (13) Kuva 5. Poistokouruun menevää flokkia. Kuva 6. Selkeytysaltailta lähtevän veden laskeutuvan kiintoaineen tarkastus. Koejakson aika jälkiselkeyttimestä lähtevän veden näytteistä määritetyt kiintoainepitoisuudet on esitetyt kuvassa 7. Keskimäärin koelinjassa lähtevässä vedessä oli enemmän kiintoainetta. Molemmat selkeytysaltaat toimivat kohtuullisesti (SS < 15 mg/l).
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 6 (13) 16 14 12 Kiintoaine (mg/l) 10 8 6 4 Verrokki Koelinja 2 0 1 2 3 4 5 näytekerta Kuva 7. Selkeyttimestä lähtevä kiintoainepitoisuus, normaali kuormitus. Erona koe- ja verrokkilinjojen välillä oli koelinjan selvästi suurempi pintalietteen määrä altaan alkuosassa (kuva 8). Kuva 8. Selkeytyslinjojen alkupäät koelinjassa (yllä) ja verrokkilinjassa (alla).
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 7 (13) Selkeytysaltaiden karkeat kiintoaineprofiilit näytejakson aikana on esitetty kuvassa 9. Koelinjassa altaan alkuosassa on selvästi enemmän kiintoainetta lähempänä pintaa. Molemmissa altaissa SS-pitoisuus alle metrin syvyydellä on altaan jälkiosassa alle 10 mg/l. tuntemattomasta syystä koelinjassa oli koko altaan pituudelta paksumpi lietepatja. A < 10 mg/l 10...50 mg/l 50...100 mg/l 100...500 mg/l 500...1000 mg/l >1000 mg/l B < 10 mg/l 10...50 mg/l 50...100 mg/l 100...500 mg/l 500...1000 mg/l >1000 mg/l Kuva 9. Kiintoaineen jakautuminen altaan eri osissa koelinjassa (A) ja verrokkilinjassa (B), normaali kuormitustilanne. 3.2 Korkea kuormitus 3.2.1 Kuormitusarvot Korkeassa kuormitustilanteessa ilmastusaltaisiin ja sitä kautta jälkiselkeytyksestä lähtevän veden virtaama vakioitiin siten, että pintakuorma oli 1,33 m/h. Ottaen huomioon palautuslietevirtaaman oli vastaava lietekuorma 5,7 kgss/h/m 2 (koelinja) ja 7,3 kgss/h/m 2 (verrokkilinja). Koelinjan pienempi lietekuormitus selittyy alhaisemmalla ilmastuksen aktiivilietepitoisuudella (koelinjassa 2,7 kg/m 3 ja verrokkilinjassa 3,6 kg/m 3 ). Palautuslieteprosentti oli noin 50 %. Koejakson ajan säilytettiin laitoksen polymeerinsyöttö jälkiselkeytyksiin normaalina eli annostelu oli tasolla 1,0 g/m 3. Tosin polymeerin syöttö määräytyy edellisen tunnin virtaaman perusteella, joten se on jonkin verran jäljessä muuttuvassa virtaustilanteessa.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 8 (13) 3.2.2 Mittaustulokset Puolen tunnin laskeuma määritettiin mittalasin pohjalle ja pinnalle jääneiden lietepatjojen summana. Tätä kautta lasketut lieteindeksit on esitetty kuvassa 10. Koe- ja verrokkilinjojen välillä ei ollut eroa ja lietteen laskeutuvuus oli kummassakin hyvä oleen välillä 100 130 ml/g. 140 120 100 ml/g 80 60 Koelinja Verrokki 40 20 0 1 2 3 näytekerta Kuva 10. Näytteenoton aikana mitatut lieteindeksit, korkea kuormitus. Korkealla kuormituksella näkösyvyyttä mitattiin noin puolen tunnin välein. Näytekerta nro 1 kuvassa 11 edustaa tilannetta ennen virtaaman kasvattamista koekuormitustasolle. Altaan loppupäädyssä näkösyvyyden säilyivät hyvinä, koelinjan tapauksessa jopa paranivat. Lähtötilannekin oli tosin selvästi parempi kuin normaalikuormituksen aikaisten mittausten. Altaan puolivälissä flokin määrä kasvoi ennustettavasti niin, että näkösyvyyskin heikkeni suurella kuormituksella (kuva 12). Ero koe- ja verrokkilinjojen välillä oli kokeen lopussa pienempi kuin altaan loppupäässä. Myös silmämääräisesti purkukourujen kohdalla vesi oli kirkasta eikä flokin karkaamista tapahtunut (kuvat 13 ja 14).
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 9 (13) 2,5 2,0 metriä vesisyvyyttä 1,5 1,0 0,5 0,0 Koelinja_pääty Verrokki_pääty Koelinja_puoliväli Verrokki_puoliväli 1 2 3 4 näytekerta Kuva 11. Näytteenoton aikana mitatut näkösyvyydet, korkea kuormitus. Kuva 12. Flokkia selkeytysaltaan puolivälissä. Kuvat 13 (vasen Koelinjan purkukouruun tulevaa vettä, vasemmalla) ja 14 (Tyypillinen lähtevän veden näyte koejakson aikana, oikealla).
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 10 (13) Kummastakin linjasta noin ½ tunnin välein otetut kiintoainetulokset lähtevälle vedelle on esitetty kuvassa 14. Kummassakin tapauksessa pitoisuudet olivat erittäin alhaisia (< 5 mg/l) mutta koelinjassa jonkin verran alle verrokkilinjan arvojen. Syy tähän jäi epäselväksi. 6 5 Verrokki Koelinja Kiintoaine (mg/l) 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 näytekerta Kuva 15. Selkeyttimestä lähtevän veden kiintoainepitoisuus, korkea kuormitustilanne. Korkean kuormituksen tilanteessa pintalietteen määrä lisääntyi molemmissa altaissa alkupäässä, ei kuitenkaan merkittävästi. Liete ei vielä laskeutunut noin 10 ensimmäisen allasmetrin aikana, joten nykyiset pintalietekourut olivat väärässä paikassa ja poistivat pintalietteen sijaan normaalia aktiivilietettä. Kuva 16. Koelinja alkupää ja pintalietteen kippikouru.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 11 (13) Myös kiintoaineprofiilit erosivat normaalikuormituksen tilanteesta (kuva 17). Korkealla kuormituksella koelinjassa oli koko altaan jälkimmäinen osa lähes vapata kiintoaineesta (< 10 mg/l). Verrokkilinjassa suurimmassa osassa allasta kiintoainetta oli < 50 mg/l mutta poistokourujen alueella kirkaste oli parempilaatuista (< 10 mg/l). A < 10 mg/l 10...50 mg/l 50...100 mg/l 100...500 mg/l 500...1000 mg/l >1000 mg/l B < 10 mg/l 10...50 mg/l 50...100 mg/l 100...500 mg/l 500...1000 mg/l >1000 mg/l Kuva 17. Kiintoaineen jakautuminen altaan eri osissa koelinjassa (A) ja verrokkilinjassa (B), korkean kuormituksen tilanne. Ylimääräisten kahdeksan tunnin koejaksojen aikana mitatut näkösyvyydet olivat samaa tasoa kuin lyhyemmissä koejaksoissa, tosin 4-6 tunnin korkeamman kuormituksen jälkeen ne alkoivat huonontua (kuva 18). Vastaavat lähtevän veden kiintoainepitoisuudet on esitetty kuvassa 19. Tällöin lieteindeksi oli kummassakin linjassa 80 120 ml/g ja MLSS 3,1 3,8 kg/m 3. Palautuslieteprosentti oli koelinjassa jonkin verran korkeampi kuin verrokissa (60 65 %; 50 60 %). Tämän takia samaten lietekuorma oli suurempi koelinjassa (7,4 8,3 kgss/h/m 2 ) kuin verrokissa (6,4 7,4 kgss/h/m 2 ). Alhaisista pitoisuuksista huolimatta lähtevän veden kiintoainepitoisuudet alkoivat näkösyvyyksien tapaan hieman huonontua 4-6 tunnin korkeamman kuormituksen jälkeen.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 12 (13) 2,5 2,0 metriä vesisyvyyttä 1,5 1,0 0,5 Koelinja_puoliväli Koelinja_pääty Verrokki_puoliväli Verrokki_pääty 0,0 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 Kuva 18. Näkösyvyydet selkeytysaltaissa pidennetyn koejakson aikana, korkea kuormitus. 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Verrokki Koelinja 8:42 9:36 10:42 11:32 12:36 13:35 14:34 15:30 Kuva 19. Lähtevä kiintoaine pidennetyn koejakson aikana, korkea kuormitus.
FCG Finnish Consulting Group Oy Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen 13 (13) 4 Johtopäätökset Koetulosten perusteella voidaan todeta seuraavaa: o o o o o Kakolanmäen tyyppinen laskeutusallas toimii hyvin maltillisella polymeeriannostuksella (1 g/m 3 ) altaan alkupäähän väliseinällä erotettava hydraulinen hämmennysallastila (koelinja) edisti korkealla kuormituksella altaan toimintaa verrattuna verrokkilinjaan normaalikuormituksella (pintakuorma tasolla 0,9 m/h) koelinjan tulokset taas hieman heikompia kuin verrokissa, molemmissa selkeytyksestä lähtevän veden laatu kohtuullisen hyvä (kiintoainepitoisuudet <15 mg/l) selkeyttimiä voi kuormittaa väliaikaisesti (ainakin luokkaa 8 h jaksoissa) tähänastista käytäntöä enemmän (pintakuorma 1,3 m/h ja lietekuorma 6 8 kgss/m 2 /h) ja silti lähtevässä vedessä oli selvästi alle 10 mg/l kiintoainetta poistokourun voi sijoittaa kauemmas altaan loppupäädystä, jotta päätyyn kertyvä kiintoaine ei nouse niiden kautta lähtevään veteen niin helposti