Svovlbrinte- og metanfjernelse i Hybrid Filter A/S produkter til anvendelse i kloak og septiktank - Undersøgelser og forbedringer

Removal of hydrogen sulfide and methane in Hybrid Filter A/S products for use in sewer and septic tanks – investigations and improvements

Mogensen, Mette Bisgaard ; Grønmo, Matias ; Tranekær, Christian

4. semester

Miljøteknologi (cand.polyt.), Kandidat

2017

2017-06-10

124

Iltfrie forhold i pumpeledninger og septiktanke danner svovlbrinte (H2S), som giver kraftige lugtgener, og metan (CH4), en drivhusgas. Vi undersøgte to filterløsninger fra Hybrid Filter A/S, begge baseret på aktivt kul, et porøst materiale der kan binde gasser: Hybrid Brøndkarmsfilter til kloakbrønde og Hybrid Mini Kulfilter til udluftningsrør fra septiktanke. Formålet var at vurdere, hvor godt de fjerner lugte og eventuelt metan, og hvordan ydeevnen kan forbedres. Brøndkarmsfilterets kapacitet og effektivitet til at fjerne H2S blev testet i laboratoriet og i feltforsøg i kloakbrønde. Efter brug analyserede vi filtrene for vandindhold, pH og svovlformer. I kloakken estimerede vi luftmængder gennem filtret ud fra differenstryk og målte H2S-koncentrationer for at beregne filterbelastning. Vi afprøvede også tre forbedringer: regenerering af brugte filtre ved skylning, udvidelse af filterindsatsen med ekstra kamre for at sænke belastningen, og vurdering af hvor jævnt luften fordeler sig i filtermåtten. Desuden målte vi filterets optag af metan i laboratoriet. For septiktanke målte vi H2S og metan i både tanke og udluftningsrør for at vurdere Mini Kulfiltrenes belastning og testede, om filtermaterialet kan adsorbere eller biologisk omsætte metan. Brøndkarmsfilteret kunne tilbageholde 10,3 til 149 mg H2S per gram aktivt kul, før der skete gennembrud (dvs. at H2S begyndte at passere igennem). Efter brug havde filtrenes vandfase meget lav pH, og næsten alt svovl var sulfat, hvilket indikerer biologisk nedbrydning af H2S i filtret. Gennemsnitlige luftstrømme gennem filtre i to kloakbrønde lå i intervallerne 11,3 til 21,4 L/min og -26,7 til -37,6 L/min. I brønden med den højeste H2S-belastning var tilførslen 1,17 g per dag, og filterets gennembrudskapacitet ville være opbrugt efter 4 til 54 dage. Skylning med 417 L vand per kg kul kunne regenerere et brugt filter og øge effektiviteten fra 12 procent til 50–60 procent. En udvidelse med to ekstra kamre reducerede H2S-belastningen med 58 procent. Luftfordelingen i filtermåtten var ujævn, så kapaciteten udnyttedes ikke fuldt. Et ubrugt Brøndkarmsfilter adsorberede metan, hvilket peger på et potentiale for metanopsamling. I septiktankene var H2S mellem 0 og 27 ppm, men der blev ikke målt H2S under Mini Kulfiltrene på udluftningsrørene. Metan i vandfasen lå mellem 0,82 og 1,86 mmol/L, mens metan under Mini Kulfiltrene var 0,02 til 0,05 mmol/L. Luftudskiftningen fra tankene kunne ikke måles, så filterbelastningen kunne ikke bestemmes. Ubrugt materiale fra Mini Kulfiltrene kunne kun adsorbere små mængder metan, brugt materiale adsorberede ikke, og vi fandt ingen tegn på biologisk nedbrydning af metan i filtermaterialet. Samlet set kan aktivt-kul-filtrene effektivt dæmpe H2S-lugt, og regeneration og designændringer kan forlænge ydeevnen, mens håndtering af metan primært synes begrænset til adsorption i ubrugt materiale.

Anaerobic (oxygen-free) conditions in pump lines and septic tanks produce hydrogen sulfide (H2S), which causes strong odors, and methane (CH4), a greenhouse gas. We evaluated two activated-carbon filter products from Hybrid Filter A/S—activated carbon is a porous material that adsorbs gases: the Hybrid Brøndkarms filter for sewer manholes and the Hybrid Mini Carbon Filter for septic tank vent pipes. Our aim was to assess how well they remove odors and possibly methane, and how their performance can be improved. We tested the Brøndkarms filter’s capacity and efficiency to remove H2S in controlled laboratory experiments and in field tests in sewer manholes. After use, we analyzed the filters for water content, pH, and sulfur species. In sewers, we estimated air flow through the filter from differential pressure and measured H2S concentrations to calculate filter loading. We also tried three improvements: regenerating spent filters by rinsing, adding extra chambers to the filter insert to lower loading, and assessing how evenly air distributes across the filter mat. In addition, we measured methane uptake by the Brøndkarms filter in the laboratory. For septic tanks, we measured H2S and methane in the tanks and vent pipes to assess Mini filter loading and investigated whether the filter material can adsorb or biologically degrade methane. The Brøndkarms filter retained 10.3 to 149 mg H2S per gram of activated carbon before breakthrough (i.e., H2S started to pass through). After use, the filters had very low pH in the water phase and almost all sulfur as sulfate, indicating biological degradation of H2S in the filter. Average airflows through filters in two manholes were in the ranges 11.3 to 21.4 L/min and -26.7 to -37.6 L/min. In the manhole with the highest H2S load, the input was 1.17 g per day, and breakthrough capacity would be exhausted after 4 to 54 days. Rinsing with 417 L of water per kg of carbon regenerated a used filter and increased efficiency from 12 percent to 50–60 percent. Adding two chambers to the filter insert reduced H2S loading by 58 percent. Air distribution in the filter mat was uneven, so capacity was not fully utilized. An unused Brøndkarms filter adsorbed methane, indicating potential for methane capture. In septic tanks, H2S ranged from 0 to 27 ppm, but no H2S was detected under Mini filters on vent pipes. Methane in the water phase was 0.82 to 1.86 mmol/L, while methane under the Mini filters was 0.02 to 0.05 mmol/L. Air exchange from the tanks could not be measured, so filter loading could not be determined. Unused Mini filter material adsorbed only small amounts of methane, used material did not, and no biological methane degradation was observed in the filter material. Overall, the activated-carbon filters can effectively reduce H2S odors, and regeneration and design changes can extend performance, while methane control appears limited to adsorption in unused media.

[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]

svovlbrinte ; metan ; adsorption ; bionedbrydning ; luftudskiftning ; kloak ; septiktank ; Hybrid filter

Download
Vis denne rapport i AAU Studenterprojekter

Mogensen, Mette Bisgaard:

• Rensning og genanvendelse af olieholdigt spildevand ved forward osmose med kontrol af fouling (2014)