Optimization of Water Treatment Parameters to Improve Precipitation of Heavy Metals in Industrial Wastewater

Abstract

Utslipp av tungmetaller til naturen er en trussel til mennesker og andre organismer. Industri kan produsere avløpsvann med høye konsentrasjoner av tungmetaller som er giftig for mennesker. Dermed renses slikt vann før det slippes ut i naturen. NOAH AS mottar avløpsvann fra industri, og fjerner tungmetaller gjennom kjemisk utfelling og flokkulering i sitt vannrenseanlegg. Denne bacheloroppgaven undersøker hvordan fjerningen av tungmetaller i NOAH sitt vannrenseanlegg kan bli optimalisert.

Det ble utført «jar prøver» for å undersøke hvordan fjerningen av tungmetaller kunne bli optimalisert. Dette innebærer å foreta vannrensing på småskala. Begerglass ble fylt med avløpsvann, og forskjellige kjemikalier og betingelser ble testet på vannet. Tungmetallinnholdet i vannet ble analysert med en ICP-MS. Vannet ble analysert både før og etter vannrensingen slik at fjerningen av tungmetaller kunne bli kvantifisert.

NOAH AS foretar rensing av tungmetaller i henhold til en utslippstillatelse fra Miljødirektoratet. Denne tillatelsen angir konsentrasjoner av tungmetaller som kan slippes ut i naturlige vann. Utslippskonsentrasjoner av, blant annet, arsen, kadmium, nikkel og bly er spesifisert. Disse fire metallene er derfor prioritert i denne bacheloroppgaven. Kadmium var det eneste metallet som forekom i konsentrasjoner over utslippstillatelsen.

Kjemikalier ble mottatt av Yara og Kemira. Metalsorb HCO og Metalsorb ZT ble funnet til å være de mest effektive kjemikaliene for kjemisk utfelling kombinert med Flopam EM 240 CT som er flokkuleringsmiddel. Disse kjemikaliene er fra Yara, og ble bestemt til å være optimale fordi de produserte effektive resultater for kadmium som var under utslippsgrensen. Videre produserte disse kjemikaliene høy fjerning ved lavere pH verdier enn andre kjemikaliekombinasjoner.

Flere andre betingelser ble testet for å finne optimale forhold for fjerning av tungmetaller. Betingelser som ble testet var rørehastighet, røringstid, konsentrasjon av kjemikalier, pH og sedimentering. Verdier for pH som produserte høy effektivitet var mellom 9.8-10. Resultatene viste også at det er fordelaktig å minimere fysiske forstyrrelser i prosessen som for mye røring og mekaniske metoder for separering.

The release of heavy metals into nature poses a threat to human health and to other living organisms. Many industries may produce wastewater that contain concentrations of heavy metals that are toxic to humans. Thus, such water requires treatment before it can be released into natural waters. NOAH AS receives wastewater from industry and removes heavy metals through chemical precipitation and flocculation. This bachelor’s thesis investigates how the removal of heavy metals can be optimized in NOAH’s water treatment process.

In order to investigate how heavy metal removal can be optimized through precipitation and flocculation, jar tests were conducted. Jar test involves performing heavy metal removal on a miniature scale. Beakers were filled with wastewater, and different chemicals and conditions were tested on the water. The heavy metal contents were analysed using an ICP-MS. The water was analysed before and after treatment so that the removal of metals could be quantified.

NOAH AS operates with an emission permit drawn up by the Ministry of Climate and Environment, which specifies the concentrations of heavy metals that can be released into natural waters. Metals specified in this permit are, among others, arsenic, cadmium, nickel and lead. These four metals are prioritized in this bachelor’s thesis. Cadmium was the only metal that was present in some samples in higher concentration than the limit.

Chemicals were retrieved from Yara and Kemira. Metalsorb HCO and Metalsorb ZT were determined to be the most efficient metal binders combined with the polymer, Flopam EM 240 CT, which are chemicals supplied by Yara. These chemicals were determined to be optimal because they produced more efficient results for cadmium, which were below the emission limit, and they produced high efficiency at lower pH values than other chemical combinations.

Various conditions were tested to find optimal conditions such as stirring speed, duration of stirring, concentration of chemicals, pH and sedimentation. A pH of 9.8-10 was found to produce the most efficient metal removal overall. Lastly, it was found that minimizing physical interferences such as excessive stirring and mechanical means of separation, produced more optimal results.