Kitosan som et bærekraftig alternativ til syntetisk polymer som flokkulant i en Actiflo prosess

Abstract

I vannbehandlingsanlegg med Actiflo prosessen som et separasjonstrinn er det vanlig å benytte seg av en polymer som flokkulant i kombinasjon med mikrosand for å effektivisere fnokkdannelsen av destabiliserte kolloider. I dag benyttes det i stor grad syntetiske polymerer med gode flokkuleringsegenskaper, men ikke uten ulemper. Syntetiske polymerer kan være helseskadelig med etterlatelse av restmonomer som akrylamid, samt miljøskadelig basert på deres langsomme nedbrytningsprosess i naturen. Derfor er man avhengig av en flokkulant som er effektiv, pålitelig og bærekraftig. I dette forsøket ble det testet om et kitosan-basert polymer (KitoFlokk) kunne erstatte en syntetisk polymer som flokkulant i en Actiflo prosess i kombinasjon med en aluminiumsbasert koagulant (EkoFlock 90). Råvannet benyttet i dette forsøket ble hentet fra Maridalsvannet. Forsøket ble utført med en Actiflo jar-test, og besto av å teste ut ulike doseringer (0,16, 0,19, 0,22 og 0,25mg polymer/l) av de syntetiske polymerene N100 (noninoisk), A100 (anionisk) og C492 (kationisk). Den naturlige kationiske polymeren KitoFlokk ble testet for doseringene (0,25, 0,5, 0,75 og 1mg KitoFlokk/l). De ulike doseringene ble undersøkt ved koagulerings-pH (5,25, 5,55, 5,85, 6,13 og 6,45). Jar-testen ble testet med råvann fra Maridalsvannet, og ble pHjustert med 0,2M HCl og mettet kalkvann. pH-verdi ble målt før hvert forsøk, under pHjustering, og etter tilsetning av koagulant. Turbiditet og farge ble målt fra klarvannet, mens volumet av det sedimenterte slammet ble målt ved hjelp av en Imhoff kjegle. Ut ifra Actiflo jar-testen viste de syntetiske polymerene til gode flokkuleringsegenskaper. Bruk av den nonioniske polymeren N100 som flokkulant viste til lavere turbiditetsverdier over et bredt pH-spekter, sammenlignet med A100 og C492. Den anioniske polymeren A100 ga best effekt ved den høyest testede pH-verdien på 6,45, mens den kationiske C492 holdt en jevn turbiditet rundt 4 FNU. Ut ifra Actiflo jar-testen ga kitosan-baserte polymerer (KitoFlokk) som flokkulant en lokal variasjon i turbiditet, men viste ingen spesiell reduksjon i turbiditetsverdi ved justering av pH og doseringsmengde. Turbiditetsverdien lå rundt 15-20 FNU med KitoFlokk som flokkulant. KitoFlokk hadde heller ingen spesiell påvirkning på mengden slam som ble produsert, men det ble lagt merke til et lagdelt slam. Fordelen med bruk av KitoFlokk som flokkulant sammenlignet med de syntetiske polymerene, var at polymeren ga en bedre effekt på farge over et bredt pH-spekter, med et fargetall mellom 0-2mg Pt/l.

In water treatment plants with the use of the Actiflo process as a separation step, it is common to use a polymer as a flocculant in combination with microsand to increase efficiency of the flocculation of destabilized colloids. Today, synthetic polymers with good flocculation properties are commonly used, but not without disadvantages. Synthetic polymers can both be harmful for human health, as well as the environment because of the residual monomer acrylamide in combination with a tedious degradation process. Therefore, we are dependent on a flocculant that is efficient, reliable and sustainable. In this experiment it was tested whether a chitosan-based polymer (KitoFlokk) could replace a synthetic polymer as a flocculant in an Actiflo process, in combination with an aluminum-based coagulant (EkoFlock 90). The raw water used in this experiment was retrieved from Maridalsvannet. The experiment was performed using a Actiflo jar-test, and consisted of testing different dosages (0.16, 0.19, 0.22 and 0.25mg polymer/l) of the synthetic polymers N100 (nonionic), A100 (anionic) and C492 (cationic). The natural cationic polymer KitoFlokk was tested for the dosages (0.25, 0.5, 0.75 and 1mg KitoFlokk/l). The different dosages were examined at a coagulation pH of (5.25, 5.55, 5.85, 6.13 and 6.45). The jar-tests were tested with raw water from Maridalsvannet, and was pH-adjusted using 0,2M HCl and saturated lime water. The pHvalue was measured before each attempt, during pH-adjustment, and after the addition of coagulant. Turbidity and color were measured from the cleared water, while the volume of the sedimented sludge was measured with the help of an Imhoff cone. Based on the results of the Actiflo jar-test, the synthetic polymers showed good flocculation properties. The use of the nonionic polymer N100 as a flocculant, showed lower turbidity values over a wide pH-range, compared to A100 and C492. The anionic polymer A100 gave the best effect at the highest tested pH-value of 6,45, while the cationic C492 maintained an even turbidity around 4 FNU. Based on the Actiflo jar-test, chitosan-based polymers (KitoFlokk) as a flocculant gave a local variation in turbidity but showed no particular reduction in turbidity value by adjusting the pH and dosage amount. The turbidity value was around 15-20 FNU with KitoFlokk as flocculant. KitoFlokk also had no particular effect on the sludge produced, but a layered sludge was noticed. The advantage with the use of KitoFlokk as a flocculant compared to the synthetic polymers, was that the polymer gave a better effect on the color over a wide pH range, with a color number between 0-2mg Pt/l.