Orgaanisen aineen määrittäminen jätevedestä

Abstract

Orgaanisen aineen mittaamiseen jätevedestä on kolme pääasiallista parametria, jotka ovat biologinen hapenkulutus (BOD), kemiallinen hapenkulutus (COD) sekä orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC). TOC on erityisesti BOD:a paljon nopeampi määrittää, eikä sen mittaaminen vaadi myrkyllisiä kemikaaleja, joita tarvitaan COD-määrityksessä. Kemiallinen ja biologinen hapenkulutus voidaan joissakin tapauksissa korvata orgaanisen hiilen kokonaismäärällä. Korvaamisen edellytyksenä on yleensä, että parametrien pitkäaikainen korrelaatio saadaan selvitetyksi. Tämän opinnäytetyön tavoite oli optimoida orgaanisen aineen määrittäminen jätevedestä Tampereen Vedellä. Tarkoitus oli selvittää BOD-, COD- ja TOC-tulosten korrelaatio.

Työssä syvennyttiin orgaanista ainetta kuvaaviin parametreihin keskittyen erityisesti niiden eroavaisuuksiin sekä tutustuttiin jäteveden online-mittaamisen teoriaan. Kokeellinen osuus eli BOD-, COD- ja TOC-tulosten korrelaatioanalyysi tehtiin Excelissä. Teorian ja korrelaatioanalyysin tulosten perusteella arvioitiin biologisen ja kemiallisen hapenkulutuksen korvaamisen mahdollisuutta sekä sitä, missä kohtaa prosessia online-mittauksesta olisi eniten hyötyä.

Tuloksissa oli paljon vaihtelua eri puhdistamojen ja näytteiden välillä. Suurin osa COD/TOC-korrelaatioista oli hyviä niin puhdistamoille tulevissa kuin puhdistetuissa vesissä. BOD/TOC-korrelaatiot olivat lupaavia pienempien puhdistamoiden tulevissa vesissä, Viinikanlahden puhdistamon rejektissä sekä esiselkeytetyissä vesissä. Osan korrelaatioista selvittäminen varmemmin vaatisi vielä tulosten tarkastelua pidemmältä ajalta. TOC-laite oli ollut käytössä vasta alle vuoden, ja puhdistettujen vesien BOD- ja COD-tuloksista suuri osa oli alle määritysrajojen, jolloin niitä ei voitu ottaa huomioon korrelaatioiden selvittämisessä. Puhdistetuista vesistä hapenkulutusparametrien selvittäminen suoraan on todennäköisesti joka tapauksessa kannattavaa, sillä jäteveden vaikutus vastaanottavan vesistön happitilanteeseen on tärkeä tietää. Esimerkiksi esiselkeytettyjen vesien osalta taas biologisen hapenkulutuksen korvaaminen orgaanisen hiilen kokonaismäärällä voisi olla mahdollista. Online-mittaus jätevedenpuhdistamoilla olisi teorian perusteella hyödyllisintä optisella sensorilla ennen biologista puhdistusta.

Biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and total organic carbon (TOC) are the three main parameters used for measuring organic material in wastewater. TOC can be determined significantly faster than BOD and the measurement does not require harmful chemicals like COD measurement does. Chemical and biological oxygen demand can in some cases be replaced by total organic carbon with the requirement that the long-term correlation of the parameters is determined.

The objective of this thesis was to optimize the measurement of organic material in wastewater at Tampereen Vesi. The purpose of the thesis was to determine BOD/TOC and COD/TOC correlations in wastewater samples from different parts of the purification process. The possibility of substituting biological and chemical oxygen demand was assessed based on the theory and correlation analysis. The part of the process in which online measurement would be the most useful was also evaluated.

The results had a lot of variances between the treatment centers and the samples. Most COD/TOC correlations were promising in both influent and effluent waters. Good correlations between BOD and TOC results were found in the influents of the smaller treatment centers, reject of Viinikanlahti and primary treated waters. Confirming some of the correlations would require a longer period of examination. The TOC instrument had been in use for under a year, and many BOD and COD results of effluents were below the limit of detection and could not be used for the correlation analysis. Measuring the oxygen demand parameters of effluent waters is important regardless, because knowing the effects of wastewater on the water ecosystem is paramount. However, replacing BOD with TOC for primary treated waters would be possible. Based on the theory, online measurement at the treatment plants would be most useful with an optical sensor before the biological treatment.