Fullskalig jämförelse av prestanda hos dekantercentrifuger och skruvpressar vid avvattning av kommunalt slam

Tekniker för slamavvattning

Dekantcentrifuger utnyttjar centrifugalkrafter för att påskynda partikelsänkning, kakkomprimering och separation, vilket vanligtvis ger hög återvinning av fasta ämnen och torr kaka vid hög genomströmning. Skruvpressar bygger på gradvis mekanisk kompression genom ett avvattningsgaller eller en skiva och är allmänt kända för sin relativt enkla konstruktion och låga elförbrukning.

Valet mellan dessa tekniker kräver en avvägning mellan flera kriterier för processprestanda, däribland:

• fastämneskoncentrationen i kakan
• återvinning av fastämnen
• polymerförbrukning
• energibehov
• kvaliteten på centratet
• driftskostnader
• underhållskrav

För att utvärdera dessa avvägningar under verkliga driftsförhållanden genomförde Alfa Lavals senioringenjör Tim Mikkelsen, som är specialiserad på teknik för slamavvattning, en fullskalig jämförande undersökning av dekantercentrifuger och skruvpressar vid kommunala avloppsreningsverk i hela Norden. Denna fallstudie presenterar resultaten av en direkt jämförelse mellan en dekantercentrifug och en skruvpress med rörliga skivor, installerade vid ett kommunalt avloppsreningsverk i Finland som betjänar cirka 12 000 personekvivalenter (PE).

Jämförelse av prestanda mellan avvattningsteknikerna dekantercentrifug och skruvpress

Båda systemen drivs under jämförbara fullskaliga förhållanden med identiskt matningsslam. Prestandan utvärderades utifrån viktiga drifts- och avvattningsindikatorer, vilket sammanfattas i tabell 1.

Skruvpressen uppnådde en genomsnittlig fastämneskoncentration i kakan på 18,1 % vid en återvinningsgrad på 97,8 %. Under konservativa driftsförhållanden, kännetecknade av relativt låg skålhastighet och hög differentialhastighet (lågt vridmoment), uppnådde dekantercentrifugen 20,0 % fastämneshalt i kakan och en återvinningsgrad på 99,5 %, samtidigt som den producerade ett centrat innehållande mindre än 300 mg/l suspenderade fasta ämnen. Efter optimering av driftsparametrarna uppnådde dekantercentrifugen 22,7 % fastämneshalt i kakan samtidigt som en jämförbar återvinning av fastämnen bibehölls, vilket motsvarar en förbättring på över 4,5 procentenheter i kakans torrhet jämfört med skruvpressen.

När man utvärderar avvattningstekniker är det viktigt att se bortom enbart kakans torrhalt och energiförbrukningen. I denna 360-jämförelse uppnådde dekantercentrifugen förbättrad avvattningsprestanda samtidigt som polymerbehovet minskades med cirka 60 % och tvättvattenförbrukningen med en faktor 3,2 jämfört med skruvpressen vid ett driftschema på åtta timmar per dag. För anläggningar med kontinuerlig drift skulle skillnaderna bli ännu mer betydande”, säger Tim Mikkelsen, senioringenjör på Alfa Laval.

Den relativa betydelsen av dessa prestandafaktorer beror på anläggningsspecifika ekonomiska drivkrafter. I denna fallstudie transporteras det avvattnade slammet till en centraliserad biogasanläggning för anaerob nedbrytning, vilket innebär att kakans torrhalt är mindre ekonomiskt betydelsefull än vid anläggningar där kostnaderna för slamhantering är direkt relaterade till massan av det transporterade slammet.

På samma sätt ingår de potentiella fördelarna med förbättrad centratkvalitet för närvarande inte i anläggningens utvärdering av driftskostnaderna. Jämfört med skruvpressen producerade dekanteraren centrat med lägre halter av suspenderade ämnen, BOD och ammoniak (NH₄-N), vilket minskade återföringsbelastningen till den biologiska reningsprocessen. Lägre återföringsmängder minskar behovet av luftning och näringsämnesavskiljning, vilket minskar belastningen på aktivslamprocessen. Baserat på de uppmätta skillnaderna mellan skruvpressens filtrat och dekanterarens centrat vid den finska anläggningen uppskattas de därmed sammanhängande kostnadsbesparingarna för efterföljande rening till cirka 0,26 euro per m³ behandlat slam.

Dessutom ingick inte de potentiella driftsfördelarna i samband med utrustningens mindre utrymmesbehov i den ekonomiska utvärderingen. Dekanteranläggningen upptar cirka 5 m², jämfört med 7,5 m² för skruvpressen, samtidigt som den ger mer än dubbelt så stor reningskapacitet per ytenhet (2,4 m³/h/m² respektive 1,06 m³/h/m²). Det mindre utrymmesbehovet kan även medföra miljö- och infrastrukturfördelar genom att minska utrymmeskraven för nya eller uppgraderade anläggningar.

Sammanfattningsvis erbjuder skruvpressar fördelar i form av lägre investeringskostnader, lägre direkt energiförbrukning och enkel drift. Denna studie visar dock att dessa fördelar kan uppvägas av sämre avvattningsprestanda, vilket leder till högre polymerförbrukning, ökade återvinningsbelastningar och ytterligare kostnader för efterföljande rening. Att välja avvattningsteknik enbart utifrån investeringskostnad och energiförbrukning kan därför innebära att man förbiser betydande driftskostnader under livscykeln och processfördelar.