Research project

Kalvobioreaktorin toiminta:Partikkelien vaikutus kalvon tukkeutumiseen ja partikkelien kokojakauma-analyysi kalvojen suodatustehokkuuden optimoimiseksi

14715
14715
14715

Principal Investigator

Project Details
Start date: 01/01/2019
End date: 31/08/2021

Funder
Other Finnish

Abstract

Projektin päätavoitteena on optimoida pilottikokoisen kalvobioreaktoriprosessin toiminta eli kalvon suorituskyky (jo käytössä Kenkäveronniemen jätevedenpuhdistamossa Mikkelissä) niin, että partikkelien kokojakaumaa voidaan pienentää tehokkaasti (etenkin lietepartikkelien ja aktiivilietteen kiintoaineen kokonaismäärän suhteen), jotta voitaisiin vähentää kalvojen tukkeutumista huomattavasti. Projektissa arvioidaan etenkin partikkelien aiheuttamaa tukkeutumisherkkyyttä tarkkailemalla kokojakauman vaihteluita pitkällä aikavälillä. Partikkelien (sekä kolloidien että hienojen hiukkasten) kokojakauman kalvobioreaktoriprosessissa (tulovesi, liete ja puhdistettu vesi) odotetaan olevan loogisessa suhteessa muihin veden laadun mittareihin, kuten kemialliseen hapentarpeeseen, aktiivilietteen kiintoaineen kokonaismäärään, kiintoaineen kokonaismäärään, sameuteen, johtavuuteen ja CST-testin (capillary suction time, CST) tuloksiin. Virusten ja ulostebakteerien (E. coli, enterokokki jne.) torjuminen voi myös korreloida eri olosuhteissa tapahtuvan sisäisen tukkeutumisen kanssa. Projektissa tutkitaan useita erilaisia käyttöolosuhteita, kuten esimerkiksi orgaanisen kuormituksen vaihteluita eli hydraulista viipymää, aktiivilietteen kiintoainepitoisuutta ja kiintoaineen viipymää, ja siinä kuvataan partikkelien kehitystä ja lopputilaa analysoimalla niiden kokojakaumaa kyseisellä aikavälillä. Toinen kiinnostava tutkimuksen kohde on kokojakauman muutosten tarkkailu Suomen talven aikana, kun vesi on kylmää (<10 ºC). Tämä projekti toteutetaan läheisessä yhteistyössä Mikkelin Vesilaitoksen kanssa. Pilottimittakaavainen jäteveden puhdistus kalvobioreaktorilla toteutetaan Mikkelin Vesilaitoksen tiloissa. Mikkelin Vesilaitos on jo aikaisemmin osallistunut eri tutkimusprojekteihin, ja sen henkilöstöllä on merkittävää kokemusta pilottikokoisen kalvobioreaktoriyksikön kanssa työskentelystä. Laitoksen osallistuminen voi tuoda projektiin lisäarvoa,
sillä se voi toimia sekä dynaamisena sidosryhmänä että ensimmäisenä loppukäyttäjänä.

Toimenpiteet: kirjallisuusselvitys ja -katsaukset, kokojakauman muutosten tarkkailu eri syöttökuormituksilla
(hydraulinen viipymä), kokojakauman muutosten tarkkailu eri kiintoaineen viipymäajoilla, kokojakauman muutosten tarkkailu aktiivilietteen eri kiintoainepitoisuuksilla, kokojakauman muutosten tarkkailu, kun käytössä on erilaisia kalvon puhdistus- ja tukkeutumisen vähennystekniikoita: (i) kemiallinen puhdistus (emäs ja hapot); (ii) aktiivihiili (powdered activated carbon, PAC), ja (iii) pesuaineiden käyttö.

Tässä projektissa arvioidaan kalvojen suorituskykyä kalvobioreaktoriprosessissa partikkelien aiheuttaman
tukkeutumisen nopeuden perusteella annetuissa käyttöolosuhteissa. Päätulos tulee siis olemaan kalvojen
suodatustehon optimointi eri käyttöolosuhteissa riippuen tekijöistä kuten orgaaninen kuormitusnopeus, hydraulinen viipymä, aktiivilietteen kiintoainepitoisuus ja kiintoaineen viipymä niillä pitoisuuksilla, joilla kalvon tukkeutuminen oli minimaalista. Käyttöolosuhteista riippuen hiukkasten agglomeraatiolla tai mikrohiukkasten diffuusiolla mikrometriä pienemmiksi partikkeleiksi kalvon ja lietteen hydrodynamiikan seurauksena saattaa olla huomattava vaikutus tukkeutumiseen. Kalvobioreaktoriprosessin aikana tapahtuvista kokojakauman muutoksista saatavat tulokset auttavat arvioimaan hallitsevaa tukkeutumismekanismia ja hallitsemaan sitä olosuhteiden optimoinnin avulla. On odotettavissa, että tutkimuksen kohteeksi tulee myös kalvobioreaktoriprosessin hallitseva tukkeutumismekanismi. Kokojakauman vaihtelu pilottikalvobioreaktoriprosessin aikana Suomen kylmällä kaudella voi myös antaa lisätietoa partikkelien
aiheuttamasta tukkeutumisesta, sillä yleisen periaatteen mukaan lietteessä muodostuu alhaisessa lämpötilassa enemmän kolloideja ja hienoja hiukkasia, mikä johtaa kalvojen huokosten nopeaan sisäiseen tukkeutumiseen ja sen myötä koko kalvon pahaan tukkeutumiseen. Lisäksi pienhiukkasten kokojakauman muutosten tutkiminen ennen kalvon puhdistusta sen läpäisevyyden palauttamiseksi ja myös sen jälkeen voisi antaa tärkeää tietoa tukkeutumisen hallinnasta, mistä voi olla hyötyä niille monille jätevedenpuhdistamoille, jotka aikovat ottaa lähitulevaisuudessa Suomessa käyttöön täysimittaisia tai pilottikäyttöisiä kalvobioreaktorilaitoksia. Olemme Mikkelin vesilaitoksen toiveesta itse asiassa jo tutkineet alustavasti muutamista jo olemassa olevasta pilottikalvobioreaktorilaitoksesta otetuista näytteistä tehtyjä kokojakauma-analyysejä perustasotutkimuksena. Alustavissa tuloksissa näkyi huomattava hiukkaskoon pieneneminen lähtö- ja tuloveden välillä. Tulokset ovat avanneet laajan tutkimuskentän, jossa voidaan tarkkailla kokojakauman vaihtelua kalvobioreaktoriprosessin aikana, eri jakaumien suhteellisia seurauksia kalvon tukkeutumisen suhteen ja mahdollisia keinoja korjata tilanne kohteessa.



LUT Focus Areas


Last updated on 2020-17-06 at 12:44

Share link