JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Oulun Veden Taskilan jätevedenpuhdistamolla otettiin käyttöön syksyn 2018 aikana MBR-tekniikkaa jätevedenpuhdistuksen tehostamiseksi sekä käsittelykapasiteetin lisäämiseksi. MBR eli kalvobioreaktori (englanniksi membrane bioreactor) on yhdistelmäprosessi, jossa aktiivilieteprosessin orgaanisen aineen poisto yhdistetään kalvosuodatuksen mekaaniseen lietteen poistoon. Taskilan MBR-yksikkö toimii perinteisen aktiivilieteprosessin rinnalla. Esiselkeytetystä vedestä noin 35 % käsitellään MBR-yksikössä ja loput perinteisessä aktiivilieteprosessissa. Tässä diplomityössä keskitytään kalvosuodatukseen ja MBR-tekniikkaan Taskilan jätevedenpuhdistamolla.

Taskilan MBR-yksikkö muodostuu hienovälppäyksestä, kahdesta ilmastusaltaasta ja neljästä MBR-kalvosuodatuslinjasta. Kalvosuodatuksessa on käytössä onttokuitukalvot, joiden huokoskoko on 0,04 µm. Kalvojen kokonaissuodatuspinta-ala on liki 50 000 m², jolloin MBR-yksikön keskivirtaama on 864 m³/h. MBR-linjojen keskivirtaama riippuu veden lämpötilasta. Talvikaudella veden lämpötilan ollessa alle 10 °C, MBR-linjat suodattavat virtaamalla 216 m³/h. Välikaudella sekä kesäkaudella veden lämpötilan ollessa yli 10 °C, linjakohtainen virtaama on 288 m³/h. Suodatuskäytössä olevien linjojen lukumäärää ohjataan MBR-yksikön virtauspyynnin sekä ilmastusaltaan pinnankorkeuden mukaan. Tällöin suodatuskäytössä on samanaikaisesti 2–4 MBR-linjaa.

Kalvot ovat herkkiä isoille partikkeleille sekä mekaaniselle kulutukselle. Hienovälppäys on siten erityisen tärkeä vaihe MBR-yksikön alussa. Kalvojen puhtaanapito sekä likaantumisen ja tukkeutumisen ennaltaehkäisy ovat tärkeässä roolissa suodatuksen toimintatehokkuuden ylläpitämisessä. Suodatuksen aikainen kalvoilmastus sekä ajoittainen vastavirtahuuhtelu irrottavat kiintoainetta kalvojen pinnalta. Lisäksi MBR-linjoille suoritetaan kemiallisia pesuja. Ylläpitopesuja suoritetaan viikoittain 1–3 kertaa ja liuotuspesuja huoltotoimenpiteenä 1–2 kertaa vuodessa. Pesukemikaaleina voidaan käyttää natriumhypokloriittia tai sitruunahappoa.

Käyttöönoton jälkeen loka-joulukuussa 2018 MBR-yksikön puhdistustulokset ovat olleet erittäin hyviä verrattuna lupaehtoihin sekä perinteisen aktiivilieteprosessin tuloksiin. MBR-lähtevä vesi on miltei kiintoainevapaata. Lisäksi fosfori, COD ja BOD ovat poistuneet todella tehokkaasti. Bakteerianalyysien perusteella kalvosuodatus poistaa tehokkaasti myös E. coli -bakteerit sekä suolistoperäiset enterokokit. Työssä käsitellään puhdistustuloksia kiintoaineen, kokonaisfosforin, kokonaistypen, CODcr:n sekä BOD7ATU:n osalta. Lisäksi työssä esitellään bakteerianalyysejä sekä Euroopan päästörekisterin mukaiset analyysit.

MBR on uusi tekniikka Suomen haastavissa ja muuttuvissa ilmasto-olosuhteissa. Kevään kylmät sulamisvedet, kesäaikainen typenpoisto sekä syyssateet luovat omat haasteensa kalvosuodatukselle, mutta vaativat myös erilaisia ratkaisuja. Taskilan MBR-yksikön tulokset ja prosessin toiminta erilaisissa olosuhteissa ovat arvokasta kokemusta mahdollisille uusille MBR-laitoksille Suomessa ja Pohjoismaissa.

MBR technology in Taskila wastewater treatment plant

Abstract

Oulu Waterworks upgraded Taskila Wastewater Treatment Plant by installing MBR technology. During the autumn 2018 MBR technology was launched for more efficient wastewater treatment and increasing the plant capacity. Membrane bioreactor (MBR) is a combination process where the organic matter removal in activated sludge process is combined with the mechanical sludge removal in membrane filtration. In Taskila WWTP, the MBR unit operates alongside the conventional activated sludge process. Approximately 35% of the pre-sedimented wastewater is treated in the MBR unit and rest in the conventional activated sludge process. This Master’s Thesis is focused on membrane filtration and MBR technology in Taskila Wastewater Treatment Plant.

Taskila MBR unit consists of fine screening, two aeration basins and four MBR trains. Hollow fiber membranes with the pore size of 0.04 µm are used in the filtration process. Total filtration area in Taskila MBR unit is almost 50 000 m² and the average daily flow of the MBR unit is 864 m³/h. The average daily flow of the individual MBR train is dependent on the water temperature. During the winter period (water temperature < 10 °C), the average daily flow of the MBR train is 216 m³/h. During the interim period (water temperature 10 °C ≤ T < 12 °C) and the summer period (water temperature ≥ 12 °C), the average daily flow of the MBR train is 288 m³/h. The number of trains in production is calculated based on the plant demand and the water level in aeration basins. There are 2–4 trains in production (filtrating) at the same time.

Membranes are sensitive for large particles and mechanical wear. Fine screening is thus a particularly important step at the beginning of the MBR unit. Membrane cleaning and prevention of fouling and clogging play an important role in maintaining the efficiency of filtering. Solid matter can be removed from the membrane surface with constant membrane aeration and with backpulse. In addition, there are chemical cleanings for the membranes. Maintenance clean is done 1–3 times a week for every MBR train and recovery clean is done 1–2 times a year for each train. Sodium hypochlorite and citric acid can be used for the cleanings.

After the commissioning in October–December 2018, purifying results of the MBR unit has been very good compared to requirements and results of the conventional activated sludge process. MBR permeate is almost free from suspended solids. In addition, phosphorus, COD and BOD have been removed extremely effectively. Based on the bacteria analysis, membrane filtration has removed E. coli and enterococcus bacteria effectively from wastewater. In this Thesis, purifying results considering suspended solids, total phosphorus, total nitrogen, CODcr and BOD7ATU are presented. In addition, bacteria analysis and analysis for European Pollutant and Transfer Register are considered.

MBR is a new technology in Finland and its challenging and changing climate. Cold melting waters in spring, total nitrogen removal in summer and the autumn rains create their own challenges for membrane filtration, but also require different solutions for the process. The results from the Taskila MBR unit and the operation of the process under different conditions will give valuable experiences for potential new MBR plants in Finland and in the Nordic countries.