Paperitehtaan jätevesien käsittely termofiilisellä aktiiviliete- ja biofilmiprosessilla

Abstract

Monilla teollisuudenaloilla muodostuu kuumia jätevesiä, jotka jäähdytetään biologista kä- sittelyä varten. Käsittely totuttua korkeammassa lämpötilassa voi tuoda taloudellisia sekä prosessin toimintaan liittyviä etuja. Kuitenkin useimpien termofiilisestä jätevedenkäsittelystä saatujen kokemusten mukaan lietteen erotus on vaikeampaa kuin tavanomaisessa jäteveden käsittelyssä. Myös joidenkin liukoisten aineiden poisto voi monimutkaistua. Tämän tutkimuksen tavoite oli verrata termofiilisen (55 °C) aktiiviliete- ja biofilmiprosessien toimintaa pilot-mittakaavassa. Toimintaa verrattiin myös täyden mittakaavan mesofiiliseen (35 °C) aktiivilieteprosessiin, mutta painotus on termofiilisten prosessien vertailussa, sillä mesofiilisen puhdistamon virtaama ja viipymä osin myös jäteveden koostumus olivat mesofiilisessä prosessissa eri laisia kuin termofiilisissä prosesseissa. Erityisesti verrattiin eri prosessien kykyä poistaa happea kuluttavia aineita eli COD:ta. COD:n vähenemistä tutkittiin erikseen jäteveden kiintoaineesta, kolloidista ja liukoisesta jakeesta. Lisäksi tutkittiin lämpötilan ja lisätyn polymeerin vaikutusta lietteen laskeutumiseen ja biomassan toimintaan. Termofiilinen biofilmi- ja aktiivilieteprosessi käynnistyivät nopeasti mesofiilisellä siemenlietteellä. Kuormitus oli ensimmäisen koejakson aikana biofilmille 2,7 ± 1,3 kg CODfilt m-3d-1 ja aktiivilieteprosessille 1,7 ± 0,6 kg CODfilt m-3d-1 . Prosessien toiminta parani tasaisesti ja CODfilt-vähenemä oli suurin kuukauden kuluttua, noin 80-85 %. Biofilmiprosessin käynnistyminen oli hitaampaa kuin aktiivilieteprosessin. 55 °C:ssa keskimääräinen CODfilt-vähenemä oli biofilmiprosessissa 60 % ja aktiivilieteprosessissa 68 %. Yksinkertaisen termofiilisen biofilmiprosessin COD-vähenemä oli lähes yhtä hyvä, 62 ± 15 %, kuin kaksivaiheisen biofilmiprosessin 69 ± 12 %. Jo termofiilisiin olosuhteisiin sopeutunut biomassa poisti liukoista COD:ta paremmin 55 kuin 35 °C:ssa, mutta muodosti irrallista biomassaa. Lämpötilan nopeat muutokset rikkoivat flokkeja ja samensivat jätevettä. Lämpötilan hidas laskeminen sai lietteen laskeutumaan paremmin. Termofiilinen käsittely poisti jäteveden COD:ta vähemmän kuin mesofiilinen käsittely, jossa CODfilt- vähenemä oli 88 ± 2 %. Niin kolloidi, liuennut kuin kiintoaine poistuivat heikommin termofiilisissä prosesseissa. Termofiilisesti käsitellyssä vedessä oli myös selvästi enemmän kiintoainetta kuin mesofiilisesti käsitellyssä vedessä.

Many industries generate hot wastewaters, which must be cooled down for biological treatment. Treatment at temperature higher than normal may cause operational as well as economical benefits. However, most experiences show the sludge separation to be more difficult in thermophilic than in conventional wastewater treatment. Removal of some dissolved organic substances may become complex too. In this study, thermophilic (55 °C) activated sludge and biofilm processes were compared to each other in pilot-scale. The operation was compared to a mesophilic (35 °C) activated sludge process too, but the main focus is at comparison of thermophilic processes, because flow rate, hydraulic retention time and composition of wastewater were different in the mesophilic process. In particular, COD-removal (chemical oxygen demand) by different processes was compared. COD of suspended, colloidal and dissolved fraction of wastewater was determined separately. Furthermore, the effect of temperature and addition of polymers on sludge settleability and biomass functioning was studied. The start up of thermophilic biofilm and the activated sludge process was rapid with mesophilic inoculum. Volumetric loading rates for biofilm and activated sludge processes were 2.7 ± 1.3 kg CODfilt m-3d-1 and 1.7 ± 0.6 kg CODfilt m-3d-1 , respectively. The processes improved steadily during the first month of operation. Removal of CODfilt was biggest after a month at about 80-85 %. The biofilm process started up more slowly than the activated sludge process. At 55 °C the average CODfilt-removal was 60 % by biofilm and 68 % by activated sludge. A single thermophilic biofilm reactor removed COD almost as well (62 ± 15 %) as the two-stage biofilm process (69 ± 12 %). When biomass was readily adapted to thermophilic conditions, it consumed soluble COD better at 55 than 35 °C, but still formed suspended biomass. Rapid changes in temperature broke down the activated sludge flocs, which increased wastewater turbidity. Slow cooling of wastewater suspension caused the sludge to settle better. Thermophilic treatments removed COD less than mesophilic treatment, where the removal was 88 ± 2 %. COD of all different wastewater fractions was removed less in thermophilic processes. In addition, the concentration of suspended solids was notably higher after thermophilic than mesophilic treatment.