Undersökning av strömningsbilden i en luftad damm med två olika luftningssystem
En förstudie vid Skoghalls Bruk
Orenat avloppsvatten orsakar övergödning och syrebrist i vattendrag. Sedan några årtionden tillbaka finns det krav på att avloppsvatten från svenska hushåll och industrier ska renas innan det leds till recipienten. Luftade dammar är lämpliga för att samla och behandla avloppsvatten biologiskt. I dem bryter mikroorganismer i närvaro av syre ner organiska föreningar till koldioxid och vatten. Syre kan tillföras genom att vatten kastas upp i luften (ytluftare) eller genom att luft komprimeras och tillförs i form av fina bubblor i botten på dammen (bottenluftare). Hur väl syret löser sig beror på hur länge en bubbla uppehåller sig i vattnet. Det beror i sin tur på vid vilket djup luftbubblan tillsätts samt dess storlek. En annan faktor som påverkar syrets löslighet är halten ytaktiva extraktivämnen i vattnet. Dessa ämnen förekommer bland annat i processvatten från skogsindustrin och fäster sig på luftbubblorna vilket förhindrar syretransport. Reningseffektiviteten påverkas även av dammens hydraulik (strömningsförhållande). Det innefattar bland annat hur flödet sprider sig i dammen, vattnets uppehållstid och vilka transportmekanismer som förekommer. Hydrauliken i luftade dammar är särskilt komplex till följd av strömmar orsakade av luftningsutrustningen. Denna studie har utförts på Skoghalls Bruks luftade damm som luftas med både yt- och bottenluftare. Mätningar av vattnets syrehalt har visat att den inte är tillräckligt hög i zonen med bottenluftare till följd av att ytaktiva ämnen förhindrar syretransporten. Studien syftar till att undersöka strömningsbilden i den luftade dammen för att lokalisera var belastningen av ytaktiva ämnen är högst och därefter göra en mer gynnsam placering av det befintliga systemet. För att hitta strömmar med hög belastning av ytaktiva ämnen har spårämnesförsök använts. En ökad kunskap om strömningen kring bottenluftarna var nödvändig för att veta hur placeringen av dessa påverkade flödet i dammen. Den har erhållits via simuleringar i programvaran COMSOL Multiphysics® där luft- och vattenflödenas hastighetsfält har studerats. Resultatet från studien visar att flödet i dammen drivs av en nivåskillnad som innebär att en huvudström, med vatten rikt på ytaktiva ämnen, rör sig den kortaste vägen mellan in- och utlopp i dammen. Den längre vägen mellan in- och utlopp är inte belastningen lika hög. Studier av strömningsbilden kring bottenluftarna visar att vattnet bildar en virvel ovanför bottenluftarna. Hur stor virveln blir och andelen syre i vattnet beror på avståndet mellan bottenluftarna samt hastigheten på luften. Ett litet avstånd ger en längre uppehållstid för luften och att en större andel luft följer med virveln vilket möjliggör för ökad syresättning. Utifrån resultaten kunde ett förbättringsförslag föreslås. En mer gynnsam placering av luftningssystemen skulle vara att ha ytluftare i början av dammen där belastningen av ytaktiva ämnen är högre.