Investigation of key figures for chemical precipitation of phosphorus with ferric chloride

Himmerfjärdsverket i Grödinge drivs av Syvab vars uppgift är att ta emot och rena avloppsvatten. Vattnet renas från organiskt material, kväve och fosfor och släpps sedan ut till Syvabs recipient Himmerfjärden. Syftet är att skydda miljön mot utsläpp som kan påverka Östersjön och minska övergödningen. För att rena vattnet från fosfor används idag kemisk förfällning med hjälp av fällningsstrategin ”Försedimentering, Avskiljning av Suspenderat material med Trippeldosering”. Detta förkortat ”FAST”. Kemikaliedoseringen är bestående av tre olika kemikalier innan avloppsvattnet når försedimenteringen. Först doseras järnklorid för att fälla ut fosfor. Sedan tillsätts en katjonpolymer och till sist en anjonpolymer för att förstärka sedimenteringen. Doseringen av järnklorid styrs efter inkommande flöde. På grund av att fosforavskiljningen varierat utan att ändringar gjorts i styrningen var målet med projektet att undersöka om det går att identifiera nyckeltal vid kemikaliedoseringen så att utifrån inkommande analyser kunna erhålla förväntade analyssvar efter försedimenteringen. För att nå målet har först en litteraturstudie gjorts och sedan en undersökning av de parametrar som har en betydelse för processen. Parametrarna som undersöktes var totalfosfor, fosfatfosfor, suspenderat material, pH samt alkalinitet. Mätningar gjordes på prover från inkommande avloppsvatten, direkt efter försedimenteringen och från primärslammet och massbalanser ställdes upp över systemet. Parametrarna jämfördes mot avskiljningen av fosfor för att hitta eventuella samband. Arbetet visar inget starkt samband mellan de undersökta parametrarna och avskiljningsgraden av fosfor. Därför kan inte nyckeltal för kemikaliedoseringen i FAST-systemet identifieras. Litteraturstudien visar att blandningsförhållanden, variationer i avloppsvattnet, vattnets fosforinnehåll och vattnets alkalinitet och pH avgör hur goda reningsresultat som kan uppnås. Det går dock inte att utifrån teorin bestämma optimal kemikaliedosering eftersom avloppsvattnets sammansättning är komplex, vilket innebär att mekanismen som styr utfällningen är svår att specificera. Järn(III) binder bland annat till svavel och bildarjärnsulfid. För att undersöka om svavel har en inverkan på fosforavskiljningen rekommenderas en mätning av järnsulfid innan försedimenteringen. Om halten är hög kan man prova att lufta aggressivare i sandfånget för att oxidera järnsulfidfällningar och regenerera järn(III)joner som fäller ut ytterligare fosfat. För att ytterligare förbättra fosforavskiljningen rekommenderas att inblandningen av järnklorid ses över. Om inblandningen sker snabbare och effektivare antas större andel fosfat och polyfosfat reagera med järnet. Himmerfjärdsverket in Grödinge is run by Syvab, whose task is to receive and purify wastewater. Contaminants like organic material, nitrogen and phosphorus are removed from the wastewater and then released to Syvab's recipient Himmerfjärden. The goal is to protect the environment against emissions that can affect the Baltic Sea and reduce eutrophication. Chemical precipitation is used to remove phosphorus from the wastewater and the precipitation strategy is called "Pre-sedimentation, Separation of Suspended Material with Triple Dosing". Which is abbreviated to "FAST". The chemical dosage consists of three different chemicals before the wastewater reaches the pre-sedimentation. First, ferric chloride is dosed to precipitate phosphorus. Then a cationic polymer is added and finally an anionic polymer to enhance the sedimentation. The dosage of iron chloride is controlled by incoming flow. Since the phosphorus separation has varied without any changes being made in operation, Syvab wanted to investigate whether it was possible to identify the key figures for the chemical dosing so that, based on incoming analyzes, they could obtain expected analytical results after pre-sedimentation. This was done through a literature study and by examining the parameters that are important for the process. The parameters examined were total phosphorus, phosphate phosphorus, suspended matter, pH, and alkalinity. Measurements were made on samples from incoming wastewater, immediately after pre-sedimentation and from the primary sludge and mass balances were calculated across the system boundary. The parameters were compared against the separation of phosphorus to find possible connections. Based on the analysis results obtained, it was not possible to identify the key figures for the chemical dosage in the FAST system. No strong association was detected between the parameters examined. According to the literature study, it was found that mixing conditions, variations in the wastewater, the water's phosphorus content and the water's alkalinity and pH determine how good purification results can be achieved. However, it is not possible to determine the optimal chemical dosage based on the theory alone because the composition of the wastewater is complex, which means that the mechanism is difficult to specify. Iron (III) also react with sulfur and forms iron sulfide. To investigate whether sulfur influences phosphorus separation, a measurement of iron sulfide is recommended before pre- sedimentation. If the content is high, one thing to try is to air more aggressively in the sand trap to oxidize iron sulfide precipitates and regenerate iron (III) ions that precipitate additional phosphate. To further improve phosphorus separation, it is also recommended to review the mixing conditions of ferric chloride. If the mixing takes place faster and more efficiently, a larger proportion of phosphate may react with the iron.