War on Water

Idag smet jag tidigare från jobbet för att lyssna på en paneldebatt på hållbarhetsfestivalen Planet Lund. Debatten hade titeln War on water – utmaningar och möjligheter för vårt vatten i en konfliktfylld värld och dragplåstret var Jan Eliasson, som ju är tillträdande biträdande generalsekreterare i FN. Efter att Jan hade jobbat som medlare i Darfurprovinsen i Sudan, och där sett hur konflikter kan leda till vattenbrist och dålig vattenkvalitet bestämde han sig för att fokusera sitt arbete kring vattenfrågor. Det har han t ex gjort genom sitt arbete som styrelseordförande i Water Aid Sverige. Debatten inleddes med ett längre tal av just Eliasson. Jan påpekade att frågor som rent vatten och sanitet, löser flertalet av FN:s milleniummål. Jan menade också att generellt kan det vara bra att fokusera på en fråga i sitt arbete. Det är också viktigt att ha passion för sitt arbete, men också medkänsla (compassion) och välvilja. Eliasson släppte också en idé, som han kommer att ta upp med Ban Ki-Moon i juli när Eliasson tillträder sin post på FN. Han efterlyser en Interdependence Day (likt Dependence Day såsom Norges 17 maj, USAs 4 juli och många andra nationaldagar), där världen firar att vi kommer långt i olika frågor genom att samarbeta över landsgränser.

Tyvärr kunde jag enbart delta under paneldebattens första timme, då jag var tvungen och sticka och hämta barnen. De andra debattörerna kom från Sida, Sydvatten, Lunds universitet och Indiska. Ett viktigt ord som kom fram under debatten var dock att samarbete mellan flera aktörer krävs för att förbättra vattensituationen i olika delar av världen.

I publiken fanns bland andra meteorologen Pär Holmgren, som kommer att delta på ett seminarium imorgon bitti på Planet Lund, där det ska diskuteras kring begreppen klimatneutralitet och klimatkompensation.

Hållbarhetsfestivalen Planet Lund (12-26 maj) arrangeras av Utmaning Hållbart Lund, som är ett samarbete mellan Lunds kommun och Lunds universitet. Kolla in programmet, som har blivit välspäckat med tanke på den korta förberedelsetiden (3 månader).   

Helgen spenderade jag med långa dagar ute bland orkidéer och flöjtande och pladdrande sångare på ett försommarskönt Öland. Underbaut! 

  

Vattenstämman

VA-verksamheternas branschorganisation Svenskt Vatten fyller i år 50 år, och organisationen slår då på stort och kallar sitt årsmöte en Vattenstämma. Stämman startar idag och avslutas imorgon. Men redan igår smygstartade det hela med att Stockholm Vatten arrangerade exempelvis ett studiebesök till Sveriges största avloppsreningsverk, Henriksdal (ca 690 000 pe), vilket till allra största del är insprängt i berget. Jag är på plats för att prata om klimatpåverkan från avloppsrening och slamhantering på onsdag, men jag dök upp igår för att delta på studiebesöket på Henriksdal och på minglet på kvällen på Operaterassen.

Henriksdal har nyligen installerat en ny renshantering och en ny mottagningsstation för externt organiskt material, vilka vi fick inspektera på studiebesöket. Annars är det värt att nämna att när Stockholm Vatten rörde om i grytan och sålde ut verksamheter som inte tillhör ”kärnverksamheten” såldes gasuppgraderingen till Scandinavian Biogas (dock är ett av Stockholm Vattens mål de kommande åren att fördubbla gasproduktionen, framför allt genom externt organiskt material), slammet går till allra största del till täckning av gruvor i Boliden, Stockholm Vatten tillåter avfallskvarnar, och på Henriksdal dispergerar de renset och för in det antingen före eller efter gallret eller direkt till rötkammarna.

På Henriksdal tillämpas konventionell kväverening i aktivt slam, mesig förfällning med järnsulfat och sandfilter som slutpolering.

Vattenstämman inleds idag med miljöminister Lena Ek som första talare och följs så småningom av bland andra Johan Rockström (chef för Stockholm Resilience Center). Programmet är välspäckat med föredrag och fokus ligger på säker dricksvattenförsörjning och klimatsäkert samhälle. Svenskt Vatten skriver på sin hemsida att över 800 personer är anmälda till stämman.

Henrikdals utgående vatten leds via detta utlopp vidare för värmeväxling hos Fortum.

Nordiska PING dag 2

Andra dagen på Käppala inleddes med skivfilterfest, där först Gryaab, sen VA SYD och till sist Syvab berättade om sina erfarenheter med skivfilterdrift och försök med kemisk fällning.

Nästa session handlade om rejektvattenrening där två helt olika tekniker redovisades: Först biologisk rening med DEMON®, som är en deammonifikations-process som marknadsförs av cyklar-stulz. I samma tank utförs först partiell omvandling av ammonium till nitrit, och därefter omvandlas nitrit till kvävgas (och en viss del nitrat bildas också). Det var Paula från Viikinmäki i Helsingfors som berättade om uppstartsprocessen i deras semi-fullskale försök i en bassängvolym på 500 m³. Det ska bli mycket spännande att följa hur deras process sköter sig framöver!

Andra erfarenheter av rejektvattenrening fick vi höra om från VEAS i Oslo. Nämligen ammoniakstripping som är en kemisk process där kvävet blir till ammoniumnitrat som därefter används som gödselprodukt. Processen är till skillnad från DEMON® kemikalieintensiv, men har fungerat väl sedan 1996 och utan speciellt mycket underhåll. En klar fördel enligt processpersonal är att processen kan stängas av/på relativt enkelt och att man inte behöver sitta barnvakt åt bakterier!

Så här går det till i korta drag:

pH höjs till mer än 11 mha kalk (Ca(OH)₂) för att säkra att kvävet är i ammoniakform i vattnet:

NH₄⁺ + OH^-  <=> NH₃ + H₂O

Sedan blåses luft in så att ammoniak diffunderar från rejektvattnet till luften i form av gas:

NH₃ (aq)   -->   NH₃ (g)

I nästa steg absorberas ammoniak i gasen mha salpetersyra och ammoniumnitrat har producerats:

NH₃ (g)   + HNO₃ (aq)   -->  NH₄NO₃ (aq)

Sista blocket på konferensen hade titeln “general advances” och då fick vi höra om hur IVAR håller på med ett projekt för att framställa en kommersiellt gångbar gödselprodukt av sitt slam, Gryaab berättade om efterdenitrifikation och Stockholm Vatten redogjorde för sina erfarenheter av sandfilter.

Det var årets PING för denna gång – nästa år ses vi på Bekkelaget i Oslo!

Nordiska PING dag 1

Efter en heldag med 7 föreläsningar och en rundtur på Käppala så har man fått veta en hel del nytt om vad som är på gång hos de största Nordiska avloppsreningsverken. Vi var ett 30 tal från Sverige, Norge, Danmark och Finland som samlats för att diskutera avloppsvattenrening och slambehandlingsfrågor. 

Jag pratade i drygt en halvtimme om Kolfoten och fick många intressanta frågor och en del diskussioner uppstod efteråt, dvs. den respons man gärna vill ha! Andreas från Käppala tog vid efter mig och berättade om deras lustgasmätningar från den biologiska reningen som de har gjort i ett exjobb av Ulrika Carlsson från Uppsala universitet och även om mätningar i samarbete med IVL. De har mätt i ventilationstrumman över den biologiska reningen med IR-teknik (MIRAN). Slutsatserna dem drog var att det är enorma variationer, mellan 0-4 % av inkommande kväve. Om man tar ett medel av mätningarna på Käppala så motsvarar det 10000 ton koldioxidekvivalenter i atmosfären varje år! Förhoppningsvis är det ”sanna” värdet mindre, i värsta fall mer…Som Andreas påpekade är det viktigt att kolla på flera parametrar och hur de samverkar för att kunna avgöra vilka faktorer (driftsförhållanden) som påverkar lustgasbildningen. Någon med bra kunskaper i multivariat analys borde ge sig i kast med uppgiften!

Syvab berättade om sin framtida strategi och de krav som de är ganska säkra på kommer införas 2017, nämligen: 6 mg N/l, 0,2 mg P/l och 5 mg BOD/l. Något att bita i med andra ord!

Till sist berättade IVAR i Stavanger om det i princip motsatta förhållandet från Syvab. De har inga krav på fosfor- eller kvävereduktion utan enbart krav på BOD och COD. I nuläget har de en halt ut på 32 mg BOD/l men de har fått tuffare krav nu (25 mg BOD/l)! Därför har de börjat planera för att uppgradera kemisk fällning till biologisk rening istället.

Dagen avslutades med en båttur in till Gamla Stan i Stockhom för en mycket bra kväll med trevliga kollegor. 

Nordiska PING 2012

Nu är jag på ett hotellrum på Lidingö för att delta i det årliga Nordiska processingenjörsmötet (PING) som startar imorrn. I år är Käppala värdar under två spännande dagar (och kvällar).
Jag ska hålla ett föredrag om kolfoten som David tidigare skrivit om här på bloggen. Det kommer annars handla om styrning av luftning, generella optimeringar på reningsverk, kemisk fällning och skivfilter samt rejektvattenrening.

Återkommer med  rapport om hur årets konferens blev! På fotot ser ni de tre mer och mindre glada föredragshållarna på tåget på väg till Stockholm från Gryaab i Göteborg.

Vad är DAMO för något?

Anaerob rening av avloppsvatten är nog mångas våta dröm, som dock kan generera svettiga mardrömmar. Anaerob rening (oftast förknippat med UASB-reaktorer), som alternativ till den aeroba aktivtslamprocessen, innebär energiproduktion (metanproduktion) istället för energinettoanvändning, låg slamproduktion och höga volymetriska reaktionshastigheter. Dock får man räkna med att en betydande mängd metan är löst i det renade vattnet, kanske mer än 45 % av den producerade metanen eller 25 mg CH₄/l. För ett 300 000 pe-verk med ett flöde på 100 000 m³/d motsvarar det ett metanslip på minst 22 800 ton CO₂-ekvivalenter, eller ca 76 kg CO₂-ekvivalenter/(pe*år), vilket är lite mer än det dubbla av de totala utsläppen för ett konventionellt reningsverk idag. Det finns dock metoder för att bli av med denna lösta metan. Ett nytt framtida, spännande biologiskt alternativ är att utnyttja den så kallade DAMO-processen, i vilken en också kan få till kväverening.

DAMO står för Denitrification and Anaerobic Methane Oxidation. Liksom anammoxprocessen, upptäcktes DAMO i Nederländerna. År 2006 meddelade Mike Jettens team på Radboud University Nijmegen att de hade hittat vad de hade letat efter: mikroorganismer som oxiderade metan med hjälp av denitrifikation (Raghoebarsing et al., 2006). Innan dess hade mikrobiell metanoxidation enbart konstaterats med syre eller sulfat. Ympen till sina försök på labbet, tog de från anoxiska sediment i Twentekanaal, en kanal i Nederländerna som erhåller dräneringsvatten från jordbruksmarker. Vattnet i kanalen innehåller nitratkoncentrationer uppemot 14 mg NO₃^-/l, och sedimenten är mättade med metan. Raghoebarsing et al. (2006) menade att det var ett konsortium av en nyupptäckt bakterie och en arké som genomförde processen, och att nitrit föredrogs framför nitrat (n-damo = nitrite-dependent anaerobic methane oxidation), men att nitrat kunde utnyttjas i frånvaro av nitrit. Samma forskargrupp (Ettwig et al., 2008, Ettwig et al., 2009) drog senare slutsatserna att reaktionen inte krävde närvaro av arkéerna och att nitratreduktionen eventuellt sker med hjälp av traditionell denitrifikation med organiska föreningar.

2 CH₄ + 8 NO₂^- + 8 H⁺ → 3 CO₂ + 4 N₂ + 10 H₂O

Ettwig et al. (2010) gav den nyupptäckta bakterien namnet Candidatus Methylomirabilis oxyfera, efter att ha studerat bakteriens respiration och dess genom. Bakterien har de traditionella enzymerna för denitrifikation, men saknar kända enzymer för reduktion av lustgas (N₂O) till kvävgas (N₂). Bakterien kodar dessutom för de enzymer som är kända för aerob metanoxidation. Studien kunde påvisa att syre producerades utav kvävemonoxid (NO), som sedan kunde användas för metanoxidationen. Innan år 1926 trodde forskarvärlden att traditionell denitrifikation skedde genom att syre producerades utifrån kväveföreningar, vilket alltså är fallet för DAMO-processen! Förutom hos DAMO-processen, finns det enbart tre biologiska reaktioner som genererar syre: fotosyntesen, kloritreduktion och detoxifiering av syreradikaler. Eftersom kväveoxider fanns tillgängliga på Jorden innan fotosyntesrevolutionen, kan möjligen syre funnits tillgängligt för bakteriell respiration redan innan fotosyntesen kom till. 

DAMO-processen producerar sitt egna syre (O₂).

Till slut till det absolut viktigaste, hur kan vi implementera DAMO-processen? (Till er som har orkat läsa så här långt i texten, är troligen uthålliga, vilket även krävdes för att odla upp dessa bakterier i labbet första gången (5 månader innan ngn DAMO kunde konstateras!)) Uti i våra nitrat/nitritrika eutrofierade vattendrag och sjöar, har DAMO-processen troligen en mycket viktig roll för att minska metanutsläppen från anaeroba bottnar. Men för avloppsreningsverken då? I en nederländsk studie hittades spår av DAMO-bakterier på 9 av 10 studerade reningsverk, så de finns där men bidrar troligen till väldigt liten del till kvävereningen idag. Dock har de konstaterats i två rejektvattenbehandlingsanläggningar i Nederländerna. Rejektvattnet innehåller ju en ansenlig mängd metan, och interaktionen mellan anammox och DAMO har studerats. Dock konkurrerar ju DAMO med de aeroba metanoxiderarna också.

Bakterierna har en fördubblingstid på minst 1-2 veckor, och därför krävs i likhet med implementering av Manammox, en bra slamretentionsteknik. Kampman et al. (2011) testade DAMO i en membranbioreaktor vid 20°C, men erhöll enbart en maximal volymetrisk reaktionshastighet på 0,0355 kg NO₂^-/(m³*d), vilket är ca tio gånger lägre än med konventionell kväverening idag. Dock konstaterade Ettwig et al. (2008, 2009) och Kampman et al. (2011) att reaktionshastigheterna blev lägre under experimentens gång, när väl maximala hastigheter hade uppnåtts, och kanske bildas ett inhiberande ämne eller så fattas ett viktigt substrat. När detta frågetecken är löst, så kan kanske DAMO kan vara ett alternativ till dagens kväverening.

Dock räcker inte heller enbart DAMO för att bli av med all metan i utgående vatten i exempelverket på 300 000 pe ovan. Detta verk erhåller ca 4000 kg kväve varje dygn, medan DAMO kräver ca 5800 kg nitritkväve varje dag. Alltså krävs en kompletterande teknik för att bli av med all metan.

Kampman et al. (2011) föreslog ovanstående konfiguration för ett kommunalt avloppsreningsverk med UASB och DAMO.