11 Tulokset ja tulosten tarkastelu
11.4 Prosessipolymeeriliuoksen valmistaminen
11.4.2 Polymeeriliuoksen pH:n vaikutus flokkulointiin
Polymeerin pH:n vaikutus suodattuvuuteen
Tulokset on esitetty liitteen 7 taulukossa 3 sekä kuvassa 39. Kiintoainepitoisuudet olivat koesarjoissa 1 ja 2 vastaavasti 8,3 g Г1 ja 11,9 g Г1 (näytteet nro 22 ja 67).
■S 15
♦ Koesarja 1
■ Koesarja 2
FMymeeriliuoksen pH
Kuva 39. Suodattuvuus polymeeriliuoksen pH:n tunkiona.
Ionivaihdettuun veteen laimennetun polymeeriliuoksen pH oli n. 4. Polymeeriliuoksen ominaisuudet vaikuttivat pysyvän samanlaisina pH-välillä 2-6. Suuremmissa pH-arvoissa 6-12 polymeerin flokkulointiominaisuudet heikkenivät. Ilmiöön havaittiin liittyvän polymeeriliuoksen viskositeetin lasku. Suodattuvuuksien hajonta oli suurta pH-välillä 2-6.
Virhettä saattoi aiheutua viskoosin polymeeriliuoksen pipetoinnissa tai sekoituksen onnistumisessa.
Polymeerin pH:n vaikutus vedenerotusprosessiin
Prosessipolymeeriliuoksen pH:n säätämisen tulokset on esitetty liitteen 7 taulukossa 3.
Primääritulokset on esitetty liitteen 3 taulukoissa 1, 4, 5 ja 6. Lietekakun kuiva- ainepitoisuus ja tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuus pH:n funktiona on esitetty kuvassa 40.
18,0
Kuiva-X 13,0 "5, ainepitoisuus 1
* ï m 2 12,0 3 ■
Kiinto-á 2 ainepitoisuus 2
8,0
5,8 6,2 6,4 6,6
Fblymeer¡liuoksen pH
6,8 7,2
Kuva 40. Lietekakun kuiva-ainepitoisuus ja tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuus polymeeriliuoksen pH:n funktiona.
Polymeeriliuoksen pH:ta säädettiin liuotussäiliössä. Liuotussäiliöstä polymeeriliuos siirtyi varastosäiliöön siten, että varastosäiliön liuokseen lisättiin uutta polymeeriliuosta 30 % vanhan liuoksen tilavuudesta. Varastosäiliön polymeeriliuoksen pH muuttui siksi asteittain. Muutos tapahtui hitaasti ja vaikeutti tulosten vertailua.. Liuotussäiliössä polymeerin pH oli H2S04:n lisäämisen jälkeen n. 4 tai 6 riippuen hapon määrästä.
Ensimmäisessä koesaijassa polymeeriliuoksen pH varastosäiliössä laski arvoon 6,3 ja toisessa arvoon 5,9. Ensimmäisessä koesaijassa polymeeriliuoksen pH:lla 6,3 saavutettiin 1 %-yksikön verran kuivempi lietekakku. Koesatjan edetessä lietteen kiintoainepitoisuus nousi 2 g 1"', mikä oletettavasti sai aikaan muutokseen kuiva-ainepitoisuudessa. Toisen koesarjan aikana lietekakun kuiva-ainepitoisuus ei muuttunut pH:n laskiessa.
11.5 Lietteen tiivistäminen
11.5.1 Kiintoaineviipymä
Havainnot lietekerroksen paksuudesta ja tiivistetyn lietteen väristä on esitetty liitteen 3 taulukossa 4. Tiivistämössä ei ollut aina selvää rajapintaa lietevesi- ja lietekerroksen välillä. Kiintoaineen viipymää tiivistysaltaassa ei voitu mitata vaan se arvioitiin karkeasti lietteen värin ja lietepatjan korkeuden perusteella. Raakaliete oli aina väriltään vaalean ruskeaa. Lietteen tummumisen arvioitiin jossain määrin korreloivan kiintoaineviipymän kanssa. Arvio perustui havaintoihin tilanteissa, joissa tiivistämössä ei ollut erillistä lietevesikerrosta ja kiintoaineviipymä oli mahdollisimman suuri tai tiivistämön toiminta oli ollut pysähdyksissä tunteja.
11.5.2 Rauhoituslieriö ja virtauksen tasaaminen
Tiivistysaltaaseen asennettiin rauhoituslieriö 21.9. Samalla raakalietevirtausta rajoitettiin siten, että pumppausjaksot pitenivät ja hetkellinen virtaama pieneni. Rauhoituslieriön tehtävä oli estää oikovirtaukset syöttöpisteestä suoraan ylivuotokouruun sekä rauhoittaa virtausta ja vähentää pyörteitä altaassa. Ennen rauhoituslieriön asentamista osa raakalietteestä virtasi suoraan lietevesikouruun. Yhdessä rauhoituslieriö ja virtaaman rajoittaminen vähensivät oikovirtauksia ja pyörteilyä tiivistämössä.
11.5.3 Tiivistäminen ilman polymeeriä
Lietteen tiivistämisen tulokset on esitetty liitteen 3 taulukoissa 2, 3 ja 4. Kuvissa 41 ja 42 on esitetty tiivistämön virtausten kiintoainepitoisuudet ja lietteen tiivistyminen tilavuuden ja kiintoainepitoisuuden suhteen koejakson aikana. Raakalietevirtaama arvioitiin ylijäämälietevirtaaman perusteella, mikä saattoi aiheuttaa virhettä massataselaskuissa.
Lietevesinäytteiden laatu toisinaan huono johtuen tiivistämön pinnalle kerääntyneestä kiintoaineesta, jota satunnaisesti poistui lieteveden mukana.
Raaka liete
3 15
Tiivistetty liete Lietevesi
Kuva 41. Raakalietteen, tiivistetyn lietteen ja lieteveden kiintoainepitoisuudet koejakson aikana ilman polymeeriä. Koejakson jako viiteen osaan.
Virtaaman tiivistyminen Kiintoaineen tiivistyminen
Kuva 42. Virtaaman ja kiintoainepitoisuuden tiivistyminen tiivistämössä koejakson aikana ilman polymeerin lisäämistä raakalietteeseen.
Koejakso jaettiin 5 osaan, joiden aikana tiivistämön olosuhteet olivat olleet samankaltaisia ja tiivistyminen yhtä suurta. Ajanjaksoille laskettiin keskiarvoiset massataseet, tiivistyminen ja kiintoainesaanto raakalietteen ja tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuuksien ja virtaamien perusteella. Keskiarvoiset tulokset on esitetty taulukkossa 1.
Taulukko 1. Tiivistämön keskiarvoiset massataseet, lietteen tiivistyminen ja kiintoainesaanto eri ajanjaksoina.
Raakaliete Lietevesi
Laskennallinen
Näyte- Kiintoaine- Kiintoaine- kiintoaine-
Kiintoaine-Pvm pisteitä pitoisuus Virtaama virtaama Lieteindeksi pitoisuus Virtaama virtaama
kpl a I ’ m3 h"1 kg h"’ ml g"' a r’ nrV kg h"’
Ajanjaksolla 1 tiivistämön lietepatja oli 28.7. ja 1.8. otettujen profiilinäytteiden perusteella 0,1-0,2 m ja kiintoaineviipymä hyvin pieni. Kiintoainepitoisuus§ kasvoi keskimäärin 27 %, mutta tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuus oli vain 8 g Г1. Kiintoainesaanto oli jopa 97 % ison lietevesikerroksen ansiosta. Ajanjaksolla 2 lietevesivirtaama oli keskimäärin vain
1 m3 h"1 13 m3 h"':sta raakalietettä. Koska tiivistämöstä ei poistettu lietevettä, lietteen
kiintoainepitoisuus ei noussut tiivistämössä. Ajanjaksolla 3 lietteen tiivistyminen oli tehokkainta koko koejakson aikana. Lietteen kiintoainepitoisuus nousi 45 % tiivistysaltaassa. Tiivistetty liete oli koesarjan aikana ruskeaa tai tummanruskeaa, mikä viittaisi kohtuulliseen kiintoaineviipymään tiivistämössä. Lietepatjan korkeus oli kuitenkin selvästi alle 4 m, sillä lietevesi oli hyvin kiintoaineetonta ja kiintoainesaanto 96 %.
Tiivistymistä paransi todennäköisesti raakalietevirtaaman ja lieteveden virtaaman sopiva suhde sekä riittävä viipymä tiivistämössä. Ajanjaksolla 4 lietevesikerros oli vain 0-30 cm.
Lieteveden kiintoainepitoisuus oli lähes yhtä suuri kuin tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuus. Kiintoainepitoisuus nousi tiivistyämössä vain 12 % suurestä viipymästä ja lietevesivirtaamasta huolimatta. Riittävän lietevesikerroksen puuttuminen vaikutti heikentävän tiivistymistä. Ajanjakso 5 muodostui vain yhdestä näytepisteestä.
Tiivistämössä ei ollut lietevesikerrosta. Tilanne oli samankaltainen kuin ajanjaksolla 4, mutta raakalietevirtaama oli suurempi. Suuri virtaama saattoi heikentää tiivistymistä.
Kiintoainepitoisuus ei noussut tiivistämössä lainkaan.
Kiintoainemäärityksiä päivältä 17.8. ei huomioitu tarkastelussa. Tämän päivän kohdalla tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuus oli poikkeuksellisen suuri johtuen lingon pesun aiheuttamasta lietepumpun seisomisesta. Raakalietteen kiintoainepitoisuus nousi koejakson aikana. Myös prosessiolosuhteet ja lietteen ominaisuudet ovat saattaneet vaihdella vaikeuttaen tulosten vertailua.
11.5.4 Polymeerin käyttö tiivistämisessä
Tulokset on esitetty liitteen 8 taulukossa 1. Raakalietteen polymeeripitoisuus sekä lietteen tiivistyminen tiivistämössä on esitetty kuvassa 43. Kuvassa 44 on esitetty dekantterisentrifugin toiminta koejakson aikana.
- Kiintoaineen
Kuva 43. Lietteen kiintoamepitoisuuden ja tilavuuden tiivistyminen sekä raakalietteen polymeeripitoisuus koesarjan aikana.
Sentrifugin pesu Sentrifugin
pesu
180 Tiivistetyn lietteen
kiintoainevirtaama 170
160 i— Lietekakun
kiintoainevirtaama t— Lietekakun kuiva-
ainepitoisuus
Kuva 44. Tiivistetyn lietteen kiintoainevirtaama, lietekakun kiintoainevirtaama, lietekakun kuiva- ainepitoisuus sekä sentrifugin pesuajankohdat koesarjan aikana.
Näytteiden 1-5 tiivistetty liete oli väriltään vaaleaa ja tiivistämössä oli oletettavasti vähän kiintoainesta ja pieni viipymä. Lietteen kiintoainepitoisuus nousi keskimäärin 15 %.
Näytteiden 5 ja 6 välillä tiivistetyn lietteen virtaamaa pienennettiin ja raakalietteen virtaamaa suurennettiin. Näytteenottohetkillä 6-7 tiivistetyn lietteen virtaama oli raakalietevirtaaman nähden n. 40 % pienempi ja kiintoainepitoisuus nousi lähes 70 %.
Virtaamien muuttamisen seurauksena viipymä tiivistämössä kasvoi ja lietteen väri tummeni. Polymeeripitoisuudella 2 g kg 1 sopivissa olosuhteissa oli mahdollista saada aikaan parhaimmillaan 79 %:n kiintoaineen tiivistyminen. Näytteen 7 jälkeen polymeerisyöttö raakalietteeseen lopetettiin. Näytteenottohetkellä 8 tiivistämössä ei ollut lietevesikerrosta. Kiintoainepitoisuus ei noussut tiivistämössä.
Koejakson aikana lietekakun kiintoainevirtaama ja kiintoainesaanto dekantterisentrifugilla pyrittiin pitämään mahdollisimman suurina. Lietekakun kuiva-ainepitoisuus vaihteli välillä 13-14 %. Polymeerin lisäämisellä raakalietteeseen ei vaikuttanut olevan haitallista eikä hyödyllistä vaikutusta lietekakun kuiva-ainepitosuuteen. Kiintoainesaanto oli polymeerisyötön aikana 5 päivänä alle 90 %. Saanto oli parempi ainoastaan sentrifugin pesun jälkeisissä näytteissä. Kun polymeerisyöttö raakalietekaivoon lopetettiin, parani kiintoainesaanto 84 %:sta 98 %:in ja lietekakun kiintoainevirtaama 152 kg h"':sta 166 kg h"’:on. Polymeerisyöttö aiheutti sentrifugin kapasiteetin heikkenemistä ja lisäsi laitteen pesuntarvetta. Polymeerisyöttö vaikutti heikentävän lietteen kykyä muodostaa vahvoja flokkeja, ja vaikeuttavan siten vedenerotusprosessia dekantterisentrifugilla.
Raakalietteeseen lisätty polymeeri yhdessä ferrisulfaatin kanssa saattoi muuttaa lietteen varausta siten, ettei sentrifugiin syötetty polymeeri enää flokannut lietettä. Tulosten vertailua vaikeutti tiivistetyn lietteen kiintoainevirtaaman vaihtelut välillä 133-192 kg h"1.
11.5.5 Tiivistetyn lietteen virtaaman vaikutus tiivistymiseen
Tulokset on esitetty liitteen 8 taulukossa 2. Primääritulokset on esitetty liitteen 3 taulukoissa 2-4. Tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuuden muutos ajan funktiona on esitetty kuvassa n. Ennen muutosta tiivistetyn lietteen virtaama oli ollut 15 m3 h"1 yli 12 h.
Raakalietteen polymeeripitoisuus oli kokeen aikana n. 2,2 g kg"1 ja tiivistetty liete vaalean ruskeaa.
■ Tiivistetyn lietteen kiintoaine pitoisuus 10,5
--- Tiivistetyn lietteen virtaama
Aika (h)
Kuva 45. Tiivistetyn lietteen virtaaman vaikutus tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuuteen ajan funktiona.
Lietevirtaaman pienentäminen 50 %:lla nosti tiivistetyn lietteen kiintoainepitoisuutta 4 h:ssa 23 % 9,5 g l"‘:sta 11,7 g l"':an. Muutos oli nopeinta ensimmäisen tunnin sisällä, mutta uutta tasapainotilaa ei saavutettu 4 h:ssa. Virtaaman muuttaminen takaisin aloitustasolle laski kiintoainepitoisuutta 20 minuutissa yli 3 %. Muutokset saattoivat tapahtua nopeasti raakalietteeseen syötetyn polymeerin sekä pienen kiintoaineviipymän ansiosta.
11.6 Lietteen vedenerotus dekantterisentrifugilla
11.6.1 Ferix-liuoksen pitoisuus
Ferix-ruuvin annostelunopeus määritettiin. Ruuvi annosteli 825,7 g Ferix-rakeita 87 s aikana. Annostelunopeus oli 9,5 g s"1. Ferix-kemikaalin heikkous oli rakeiden hidasliukoisuus, joka oletettavasti aiheutti liuoksen pitoisuuseroja ajan suhteen.
Koesarjoissa käytettiin enimmäkseen nestemäistä PIX-ferrisulfaattia, jonka pitoisuus oli vakio. Lietteen Fe3+-pitoisuudet on esitetty liitteen 3 taulukossa 1.