| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Næringssaltfjernelse på mindre renseanlæg med urinsortering i oplandet

4 Edb-simulering af renseanlægget på Svanholm Gods

Renseanlægget på Svanholm Gods har et veldefineret kloakopland med en god beskrivelse af nettet og af kilderne til vand og stofbelastning. I forhold til anlæggets størrelse og kildernes karakter er belastningen også rimeligt veldefineret. Det er derfor muligt at bedømme konsekvensen af urinsortering i oplandet til renseanlægget ved edb-simulering.

Nedenfor beskrives strategien og resultaterne fra simuleringerne af scenarier i kapitel 3.

4.1 Modelleringsstrategi

Ved edb-simuleringerne er benyttet det dansk udviklede edb-simuleringsprogram EFOR version 2001.

Modellen kalibreres til at simulere den aktuelle drift af anlægget og foregår i tre trin:

Modellens fysiske indretning, herunder alle voluminer, strømme, doseringer og styringer implementeres i modellen.

Spildevandsmængden og sammensætningen justeres svarende til belastningsopgørelsen i kapitel 3 og sammensætningen justeres i lyset af de foretagne specialanalyser beskrevet i kapitel 2.

Herefter justeres modellens proceskonstanter således at de modellerede procesegenskaber svarer til de foretagne analyser. I denne justering kan der være tale om at foretage justeringer også i spildevandssammensætningen, idet omfanget af disse specialmålinger er begrænset og i betydeligt omfang skønnes påvirket af spildevand fra aktiviteter på Godset, der nu ikke længere tilføres renseanlægget. Procesegenskaberne er et resultatet af spildevandssammensætningen og af renseanlæggets drift og indretning gennem en længere periode, således at de bedre afspejler belastningen og dens variationer.

Efter kalibrering af modellen ændres belastningsforholdene svarende til de enkelte scenarier for at bedømme de umiddelbare effekter af urinsortering ved uændret drift af renseanlægget. Herefter optimeres driften af anlægget i lyset af de nye belastningsforhold. Der gennemføres kun beregninger under stationære forhold da der ikke foreligger målinger af belastningsvariationerne over døgnet og da det relativt store anlægsvolumen vil udjævne normalt forekommende variationer i belastningen.

4.2 Kalibrering af simuleringsmodel til anlæggets nuværende belastning

Den fysiske indretning af renseanlægget på Svanholm Gods fremgår af tabel 4 og 5. Figur 4.1 viser modellen af renseanlægget som det fremtræder i modellen. I modellen er indbygget de voluminer, strømme, doseringer og styringer der fremgår af tabellerne.

Figur 4.1.
Repræsentationen af renseanlægget på Svanholm Gods i edb-simuleringsprogrammet EFOR

Tabel 16 viser spildevandssammensætningen således som den indledningsvis implementeres i modellen. Den samlede belastning fremgår af tabel 15 og resultatet af den procesmæssige karakterisering er sammenfattet i tabel 13. Der er dog kun benyttet middelværdien af de to sidste karakteriseringer idet den første, hvor COD var meget høj ikke skønnes at være repræsentativ for spildevandet efter omlægning af kloaksystemet således at spildevand fra malkeområdet afskæres.

Tabel 16.
Spildevandssammensætning ved kalibrering af edb-modellen

Tabel 17 viser de proceshastigheder, der benyttes ved finkalibrering af modellens proceskonstanter jf. tabel 13.

Tabel 17.
Proceshastigheder benyttet ved modelkalibrering

4.2.1 Kalibrering af modellen.

Ved anvendelse af spildevandskarakteriseringen vist i tabel 16 kunne konstateres at den meget høje inerte fraktion af COD førte til en meget ringere kvælstoffjernelse end der kan konstateres i praksis. De målte proceshastigheder med denne fordeling af COD resulterede også i proceshastigheder (især nitrifikationshastigheden) noget lavere end det målte. Da den inerte fraktion yderligere er højere end det normalt findes på kommunale renseanlæg blev den reduceret således at modellens nitrifikationshastighed svarer til de målte, idet reduktionen sker således at der opnås et COD ud af anlægget på niveau med det fundne i praksis. Edb-simulering er herudover udføres uden at foretage andre ændringer af modellens standard proceskonstanter.

Afløbskvaliteten under stationære forhold er vist i tabel 18 sammen med gennemsnitsafløbskvaliteten de seneste 2 år, idet der ikke er medtaget resultater, hvor der har været slamflugt på anlægget.

Tabel 18.
Resultater fra simulering af afløbskvaliteten fra renseanlægget på Svanholm Gods, sammenholdt med resultater fra de senere års drift

Det ses af tabellen at modellens resultater for COD og ammonium ligger i underkanten af de fundne værdier, medens nitrat og dermed Total-N er noget højere. Afløbskvaliteten af fosfor og suspenderet stof er tæt på det målte.

Den gode denitrifikation skønnes i perioder at være forårsaget af de store ekstrembelastninger især med organisk stof, der tidligere har ført til overbelastning af renseanlægget. Udover en god nitratfjernelse har de imidlertid også ført til problemer for nitrifikationen og forhøjede udledninger af COD.

Den kalibrerede model anses derfor for at give en god beskrivelse af anlæggets nuværende driftsforhold.

4.2.2 Følsomhedsberegninger

Der er foretaget supplerende modelberegninger for at vurdere effekten af døgnvariationer i anlæggets hydrauliske belastning, effekten af en mindre indsivning end forudsat og driften under varierende temperaturforhold.

Døgnvariationerne i den hydrauliske belastning fundet på anlægget giver ikke anledning til mærkbare ændringer i afløbskvaliteten og selv større variationer fundet under regn giver kun moderate variationer i afløbskvaliteten.

Ved ændring i indsivningen i forhold til det forudsat ændres tilløbskoncentrationerne tilsvarende. Selv en halvering af indsivningen slår dog kun i begrænset omfang igennem på afløbskvaliteten og større indsivning end forudsat fører naturligvis til tilsvarende reducerede udløbskoncentrationer.

Simuleringer er gennemført i temperaturintervallet 6 - 20 ^oC. Ved længerevarende perioder med de laveste temperaturer opstår der problemer med at opretholde nitrifikationen; men herudover giver temperaturvariationer ikke anledning til væsentlige ændringer i afløbskvaliteten.

Samlet vurderes resultaterne fra den kalibrerede model derfor ikke at være særligt følsomme for selv væsentlige ændringer i de valgte beregningsforudsætninger. De efterfølgende modelberegninger er udført ved 12 ^oC og med fast vandføring svarende til 50% indsivning.

4.3 Effekten af urinsortering

Med udgangspunkt i den kalibrerede model er der foretaget simuleringer med to scenarier for den fremtidige effekt af urinsortering i oplandet til renseanlægget på Svanholm Gods. Udover direkte beregninger af de forventede driftsresultater ved ændring af belastningen uden ændringer af driften er der foretaget beregninger, der kan belyse muligheden for driftsbesparelser på det nuværende renseanlæg og beregninger, der kan belyse muligheden for at reducere det nødvendige volumen af renseanlægget, som følge af den reducerede belastning.

4.3.1 Effekten af urinsortering ved uændret drift af renseanlægget

Edb-simuleringen af driftsresultaterne for renseanlægget bliver dramatisk forskelligt med henholdsvis 100% og 80% urinsortering som det fremgår af tabel 19. Ved 100% effektiv urinsortering opnås en meget dårlig COD og fosforreduktion, medens ammonium og nitrat stort set ikke findes i afløbet. Årsagen er at der ikke ved simuleringerne er tilstrækkeligt uorganisk kvælstof til at slammet kan opretholde den normale vækst og dermed reduktion af organisk stof. Så snart den tilgængelige ammonium og nitrat er opbrugt stopper rensningen af COD og der udledes store mængder opløst organisk stof (der udover COD indeholder en del fosfor og kvælstof).

Ved 80% urinsortering er der tilstrækkelig uorganisk kvælstof til fuldstændig omsætning af det organiske stof og det ses at der opnås en meget vidtgående reduktion af især kvælstof således at rensningen bliver langt bedre end krævet.

Tabel 19.
Resultater fra simulering af afløbskvaliteten på Svanholm Gods ved de 3 scenarier sammenhold med resultater fra de senere års drift

4.3.2 Bedømmelse af scenariet med 100% urinsortering

I praksis vil det ikke være muligt at opnå et 100% effektivt urinsorterende system, således at de opnåede resultater fra simuleringen næppe vil kunne realiseres i praksis. Supplerende beregninger viser, at dersom der opnås 95% effektivitet i urinsorteringen vil der være tilstrækkeligt uorganisk kvælstof til at opnå vidtgående omsætning af det organiske stof og vidtgående kvælstof og fosfor reduktion. Edb-simuleringerne viser dog at der ved separation af de forskellige spildevandsstrømme skal sikres balance mellem organisk stof og næringssalte for at få en velfungerende biologisk nedbrydning af det organiske stof. Især kvælstof kan udgøre et problem ved urinseparation fordi urinen indeholder hovedparten af spildevandets uorganiske kvælstof.

4.3.3 Optimering af anlægsdrift ved 80% effektiv urinsortering

Det anses i praksis ikke for muligt at opnå mere end ca. 80% effektiv urinsortering i oplandet til renseanlægget på Svanholm Gods. Det vil kræve fuldstændig udbygning af systemet i oplandet og god praksis omkring anvendelsen af toiletterne.

De simulerede afløbsresultater i tabel 19 viser at der opnås meget lave afløbsværdier for ammonium, nitrat og totalkvælstof ved dette niveau af urinsorteringen. Der er således ingen tvivl om at urinsortering i oplandet til eksisterende anlæg også i mere moderat omfang vil forbedre afløbskvaliteten.

Ved vidtgående urinsortering giver den reducerede belastning mulighed for væsentlige driftsbesparelser på forskellige områder, ligesom der kan gennemføres mere radikale ændringer i anlæggets opbygning. De sidste vil formentlig ikke være aktuelle på et eksisterende anlæg; men vil kunne udnyttes hvis der er tale om nyanlæg eller behov for mere omfattende renovering af et rensningsanlæg.

4.3.3.1 Optimering af driften på det eksisterende anlæg

Reducerede driftsomkostninger ved urinsortering i oplandet skønnes at kunne opnås på 4 områder:

Den reducerede fosforbelastning fører til en væsentlig reduktion af behovet for anvendelsen af fældningskemikalier.

Det reducerede behov for denitrifikation kan mindske behovet for intern recirkulation

Nitrifikation kan evt. helt undlades, hvorved der sker yderligere besparelser til beluftning. (Slamalderen sænkes til nitrifikationen ophører)

Den reducerede kvælstofbelastning fører til reduceret iltbehov og dermed til reduktion af energiforbruget til beluftning, dette driftstiltag fører ikke til ændringer i afløbskvaliteten, men alene til reduceret energiforbrug da anlægget har iltstyring allerede i dag. Der er derfor ikke lavet supplerende beregninger af effekten på afløbskvaliteten.

I tabel 20 er afløbskvaliteten vist ved optimering efter de 3 første punkter. Resultaterne er opnået ved reduktion af kemikalieforbruget til 30% af det aktuelle forbrug. Herved er opnået en udledning af fosfor med en passende margen til udlederkravet på 1 mg/l. Ved den efterfølgende optimeringen af energiforbruget er optimeringen af fosfordoseringen fastholdt.

Tabel 20.
Afløbskvaliteten på Svanholm Gods efter optimering af driften til belastningen med 80% effektiv urinsortering i oplandet sammenhold med resultater fra de senere års drift

Stop af den interne recirkulation forøger udledningen med ca. 1,5 mg/l nitrat. Ved fuldstændig stop af nitrifikationen (ved at nedsætte slamalderen) kan anlæggets udlederkrav for total-N let overholdes (og for fosfor og organisk stof). Derimod kan det være vanskeligt at overholde kravet til ammonium, da blot mindre afvigelser i forholdet mellem organisk stof og kvælstof fører til store variationer i ammoniumudledningen.

4.3.3.2 Reduktion i volumenbehov på renseanlæg med urinsortering

Udover driftsbesparelser fører urinsortering i oplandet til et mindre volumenbehov, af de biologiske reaktorer da disse i betydeligt omfang er bestemt af kvælsstofbelastningen. Umiddelbart vil der på Svanholm Gods være 2 muligheder for volumenbesparelser:

Denitrifikationstanken kan lukkes og spildevandet pumpes direkte ind i nitrifikationstanken.

Voluminet af luftningstanken kan reduceres ved placering af en ekstra væg.

I tabel 21 er afløbskvaliteten vist ved en tænkt ombygning og optimering af anlægget svarende til de to muligheder. Ved optimeringen er fosfordoseringen fastholdt på det niveau, der er fundet ovenfor.

Tabel 21.
Afløbskvaliteten på Svanholm Gods efter reduktion af anlægsvoluminerne ved en belastningen med 80% effektiv urinsortering i oplandet sammenhold med resultater fra de senere års drift

Det ses at der er muligheder for at lukke denitrifikationstanken og fastholde overholdelsen af udlederkravene. Hvis det samlede beluftede volumen reduceres til 1/3 kan kravet til Total-N overholdes; men det er tvivlsom om vinterkravet på 4 mg/l og sommerkravet på 2 mg/l til ammonium kan overholdes, idet blot mindre variationer i forholdet mellem organisk stof og kvælstof kan føre til store variationer i ammoniumudledningen, da fjernelsen alene sker ved indbygning i overskudsslammet.

4.4 Virksomheder og institutioners betydning for udnyttelse af urinsortering som middel til aflastning af renseanlægget

Gennemgangen af kloaksystemet og målinger på de virksomheder og institutioner, der er i kloakoplandet sammenholdt med belastnings- og driftsresultater fra renseanlægget på Svanholm Gods viser at Godsets virksomheder og institutioner ikke uventet kan være potentielt væsentlige bidragydere til belastningen.

Godsets fælleskøkken må naturligvis betragtes som en del af husholdningsspildevandet, da afledningen herfra erstatter tilsvarende udledninger fra den enkelte husstand.

Spildevand fra grøntsagspakkeriet viste et lavt stofindhold og har næppe større betydning for anlæggets belastning eller drift.

Spild til kloaknettet fra Godsets malkeområde skønnes derimod tidligere at have haft betydning både for belastning og rensning på anlægget. Store mængder letomsætteligt organisk stof har formentlig givet anledning til lejlighedsvis overbelastning af anlægget således at nitrifikationen har været reduceret. Samtidig har de store mængder organisk stof sikret en vidtgående denitrifikation i perioder, hvor anlægget har kunnet klare belastningen.

Ved etablering af urinsortering i oplandet skal tilførsel af spildevand fra virksomheder i oplandet vurderes nøje. Belastningen må naturligvis ikke blive så stor at anlæggets kapacitet overskrides. Spildevand med højt organisk stofindhold sikrer en større indbygning i slammet som kan sikre en meget vidtgående kvælstoffjernelse; men som også kan føre til problemer med kvælstofmangel til den biologiske omsætning, hvis bidraget er for stort.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |