Optimisation of an ultrafiltration unit on a bench-scale pilot plant - A comparison between carbon and sand filtrate

Abstract: Kommunalförbundet Norrvatten är en av Sveriges största producenter av dricksvatten och förser över 50 miljoner vatten till över 700 000 invånare i norra Stockholm. Vattnet är renat i Görvälnverket som har sedan år 2016 planlagt en expansion av verkets kapacitet och kvalité. Ett fokusområde för att förbättra reningsprocessen är implementering av membranteknik. I det här projektet har experiment utförts som ett fortsatt arbete av att integrera ultrafiltration med koagulering på en mikropilot. Syftet med projektet är att optimera driftparameterar (koaguleringsdos, pH och alkalitet, uppehållstid och omblandning) för processen och jämföra pilotens effektivitet för två typer av matarvatten (kol- och sandfiltrat). En lägre koaguleringsdos på 2.5 mg Al/L resulterade i en 18.9 % avskiljning av TOC och 21.3% minskning i UV254. I jämförelse med en högre dos på 3.8 mg Al/L, var effektiviteten 2 % bättre för TOC och 3 % bättre för UV254. Till följd av en låg ökning i effektivitet för en högre koagulantdos påvisar en lägre dosering ett bättre alternativ. Dessutom är det rekommenderat att vid uppskalandet av piloten mer försök genomförs för att få mer pålitliga data och att automatisk dosering implementeras eftersom dosering av koagulant var en svårkontrollerad parameter.pH inom intervallet 6.8 till 7.2 visade vara mest optimal för att minimera mängden aluminiumrester i permeatet. Experimenten på pH konstaterar att flockning är pH beroende och optimalt vid pH 7. Effektiviteten var också beroende av alkaliteten. Där bäst alkalinitet anpassades till mellan 40 och 50 mg HCO3/L, med högre än 50 mg HCO3/L minskade effektiviteten av avskiljningen, vilket tyder på sämre flockning vid basiska förhållanden. Karbonatdosering av 5 mL 0.01 M Na2CO3 /L obehandlat vatten uppnådde önskad alkalinitet och minimerade aluminiumrester i permeatet.  Uppehållstiden och konfigurationen av blandning indikerade ingen optimal justering. Emellertid, en jämförelse av försök med uppehållstiden och försök utan koaguleringdos visade dramatisk minskning i effektivitet till endast 2 % TOC avskiljning och 6 % UV254 minskning. Placering av ultrafiltrationsenheten efter kolfiltret jämfört med efter sandfiltret visade inga tecken på nedsatt effektivitet. Transmembrantrycket över membranet ökade över den experimenterade perioden från 0.02 till 0.06 bar och fluktuerade under drift mellan det första och sista försöket. Det var däremot ingen skillnad i trycket mellan kolfilter och sandfilter, vilket styrker beslutet att placera ultrafiltrationsenheten efter kolfiltret.