K(t)wittrande uriningenjör

När folk frågar vad jag jobbar med, säger jag att jag är uriningenjör. Det är roligare än att säga att jag jobbar med avloppsvattenrening direkt. Dock fattar de inte direkt vad jag menar, och de tror att de har hört fel. Det jag har sysslat med mest är biologisk kväveavskiljning, eller snarare utökad kväveavskiljning (eng. enhanced biological nitrogen removal) som nitrifikation, denitrifikation och anammox, men jag intresserar mig mer och mer för assimilation då jag jobbar med högbelastad aktivtslamanläggning innan Manammox. Ju kortare slamålder, desto mer ammonium assimileras.

Regeringen vår drog ju till med att vi ska avskilja 80 % kväve vid våra avloppsreningsverk för ett par år sedan, sen tog Svenskt Vatten fram ett certifikatssystem för kväve, men nu efter senaste BSAP-mötet i Köpenhamn verkar det inte bli mycket mer gällande kvävet om inte de lokala recipienterna kräver det via EU:s vattendirektiv. Urinen bidrar med ca 80 % av kvävet i det kommunala avloppsvattnet, alltså har jag jobbat med att avskilja urinens kväve till atmosfären och slammet.

Sedan ett år tillbaka har jag börjat intressera mig för källsorterande avloppssystem och mer specifikt urinseparering. Många är förälskade i tanken att källsortera hela toalettfraktionen (det s k svartvattnet) för att producera biogas. Dock smäller man inte bara upp en rötkammare bara sådär, dels krävs tillstånd och dels måste man verkligen ha koll på sin metan så att den inte smiter direkt till atmosfären (metan är ju en kraftig växthusgas) eller så att den inte, vilken den gör till stor del med kallare vatten (vi spolar ju inte med varmvatten i toan), följer med det behandlade vattnet ut från rötkammaren. Visst finns teknik för att strippa metanen från vattnet, men installera den + rötkammare och gassystem för områden med mindre än 10 000 personer som är anslutna till ett svartvattensystem är väl kanske tveksamt. Svartvattensystem i dem vill man inte ha vanliga toaletter, utan då blir det vakuumtoaletter som är snålspolande. Måhända kan vi ju köra svartvattnet med sugbil, men vi vill ju fortfarande ha en enskild rötkammare för att inte blanda svartvattnet med avloppsreningsverkens ”fulslam”.

Biogaskåtheten, som jag brukar säga, är oerhört stor (inte minst bland politiker), men när det gäller biogasen vi kan kräma ur från avloppsvattnet är denna ringa i förhållande till vårt behov. I Sverige har vi en primärenergianvändning på dryga 5000 W/person. Det organiska materialet i avloppsvattnet kan maximalt generera ca 23 W/person, alltså mkt lite. Om vi tänker oss att vi i framtiden kan minska vår energianvändning ner till 2000 W/person, så avloppet enbart bidra till 1,6 % av energianvändningen. Det är alltså andra råvaror, framför allt skogen, som ska producera biogas åt oss. Dock är det ju så att produktionen av biogas vid våra avloppsreningsverk idag banar vägen för en viss bastillgång av biogas, vilket gynnar lokal distribution till t ex fordon. Vi ska dock inte heller förglömma att vi är hyfsat duktiga på att producera biogas vid de befintliga avloppsreningsverk (ca 40 % av potentialen), med en viss potential att förhöja denna produktion. Dock producerar vi inte så mycket el och värme, så att vi kan driva avloppsreningsverken på den energin (än). Tänker vi sen på att svartvattnet faktiskt bara innehåller ca 50 % av det organiska materialet, varav resten kommer från bad-, disk- och tvättvattnet. Så är potentialen för en förhöjning av den totala biogasproduktionen i ett urbant samhälle ringa och troligen ej tillräckligt värd för att bygga upp separat svartvattensystem.

Men måste man då röta svartvattnet? Vi vill ju sluta kretsloppet, den stora potentialen ligger ju faktiskt i den mängd näringsämnen som finns i toalettvattnet. Tittar man på den mängd mineralgödsel som doseras på svensk åkermark, så är potentialen i toalettvattnet lika med 20 % av kvävet, ca 50 % av fosforn och 55 % av kaliumet i den tillförda mineralgödseln. Det viktiga är alltså näringsämnena, och då räcker en hygiensiering av svartvattnet, vilket en del kommuner har förstått och satsar på ammoniakhygiensering.

Vari toalettvattnet ligger då näringen, jo, i urinen. Ca 90 % av kvävet, 65 % av fosforn och 75 % av kaliumen återfinns i urinen, och nästan all denna näring är direkt växttillgänglig. I vårt avloppslam är växttillgängligheten av fosforn ifrågasatt, åtminstone på kort sikt, men de 30-åriga slamförsöken i Skåne visar också på att fosforn från slammet ackumuleras i marken (ej säker på om fosforgivan är för stor i de försöken). Måhända är det bättre än att fosforn följer med dräneringsvattnet och övergöder vattendragen. I avloppsslammet fastnar också mkt lite av kvävet, ca 6 % av kvävet, (denitrifierar vi till stor del eller så utnyttjar vi anammox för att skicka kvävet upp i luften) och kaliumet försvinner ut i recipienten (ca 9 % hamnar i slammet). Mkt av läkemedlen hamnar dock i urinen, men kadmiumet hamnar i fekalierna. Alltså ska vi källsortera ska vi kanske inrikta oss på urinen, som lokalt, hus för hus, lagras i tankar och hämtas emellanåt till ett större lagringsställe eller för behandling med stabilisering och volymreduktion. Genom lagring rekommenderas generellt en lagringstid på 6 månader. En person urinerar ca 1-1,5 l/dygn. Om vi sorterar ut det mesta av kvävet via urinen, så kan vi även minska på den utökade kväveavskiljningen via nitrifikation och denitrifikation/anammox på avloppsreningsverken vilket gör att vi kan minska energianvändningen på verken och öka assimileringen då vi fortfarande skickar mycket organiskt material till verken. (Detta har jag redan bloggat om tidigare.) Ökad assimilering innebär mer näringsämnen i slammet och mindre denitrifikation innebär mer biogas på avloppsreningsverken.

Flaskan till vänster innehåller urin, flaskan i mitten är urin utspätt 10 ggr och motsvarar i kvävekoncentration ett rejektvatten på avloppsreningsverk, och flaskan till höger är urin utspätt 200 ggr vilket motsvarar inkommande avloppsvatten vid våra kommunala avloppsreningsverk idag.

Systemanalyser för olika källsorterande avloppssystem är genomförda de senaste åren Norra Djurgårdsstaden i Stockholm och för H+-området i Helsingborg. Med följande citerade slutsatser gällande urinsortering.

• ”Systemet med urinsortering, varvid en stor andel av växtnäringen återvinns, är dock inte avsevärt dyrare än motsvarande alternativ med konventionell avloppsrening.” (Stockholm)
• ”Urinsortering anses vara bra ur miljösynpunkt men har inte slagit igenom som en storskalig VA-hantering, därför ses inte detta vara ett system att gå vidare med för hela H+-området. Däremot, pga. av dess miljöfördelar, är det ett tänkbart alternativ att implementera i mindre skala.” (Helsingborg) 

Det finns många utmaningar gällande införande av urinsortering, men det känns som att världen inte har jobbat tillräckligt med urinsortering för att skapa rätt teknik och acceptans för systemet. Dåliga erfarenheter av dåliga exempel har hämmat utvecklingen. Det behövs innovation inom området, och då i många fall kanske en ompaketering av konceptet, men följande utmaningar har i a f jag identifierat: ammoniakavgång, utfällningar i ledningar, underhåll/drift av urinsorteringssystem, låg koncentration i insamlad urin, stabilisering och volymreduktion är energikrävande, placering av urintankar i stadsmiljön, acceptans hos boende, acceptans hos lantbrukare och matkonsumenter, få urbana erfarenheter av storskaliga system, spridning av urin med utfällningar, juridik och organisation, mikroföroreningar som läkemedelsrester, certifieringen av toalettavlopp vem vill ansvara för den och få urinsorterande toaletter på marknaden.

 

Många av dem finns det redan lösningar för, medan vissa frågor behöver vi jobba mer med. Jag hoppas i a f att få jobba fram urinsorteringssystem i nybyggda stadsdelar i Malmö och Lund de närmaste åren, troligen i form av testbäddar. Perfekt gödningsmedel för stadsodlarna också! Tidigt i januari hade jag ett möte med en av de främsta urinforskarna i världen, Tove A. Larsen, som jobbar på Eawag, men gör för närvarande ett sabbaticle year på DTU i Köpenhamn. Det var mycket inspirerande, bl a berättade hon om de är med och utvecklar en ny urinseparerande toalett som förväntas vara på marknaden år 2015.

 

Här i Skåne är våren på intågande i och med att sånglärkorna börjar strömma in över det öppna skånska landskapet p g a det milda vädret. Härligt! Ngt annat som är kul är att jag äntligen har upptäckt Twitter, och har själv skapat ett konto, @DrKolfot. Men mer om det en annan dag.

 

Susanne Tumlin - årets New Generation-pristagare

Ni har väl inte missat vem som fick Föreningen Vattens New Generation-pris i år!? Susanne, min medbloggare!

Dock har vi varit urusla med att blogga det senaste året. Men we will be back! Jag har ambitionen att börja när som igen. Det är mycket urinsortering, Manammox, skum i högbelastat aktivt slam, eWASTE, barnfotboll och tankar om vår omvärld för mig för tillfället.

ARV för avloppsreningsverk och DVV för dricksvattenverk?

I samhället och i texter i VA-branschen stöter jag på ordet reningsverk. Jag undrar ofta om allmänheten fattar att det oftast är avloppsreningsverk vi menar då, eller om folk tror att det är dricksvattenverk det handlar om. Dricksvattenverken kallas ofta vattenverk. En googling på dricksvattenverk ger betydligt färre träffar än vattenverk.

En del avloppsreningsverk slänger sig ofta med enbart verket, såsom Ryaverket, Käppalaverket m fl, men det är kanske bara inför branschfolk som vet att dessa är avloppsreningsverk.

Ofta undrar också folk om man kan dricka vattnet som vi har renat på avloppsreningsverket, vilket man tror än mer om vi bara kallar avloppsreningsverken för reningsverk. Min rekommendation: Drick inte vattnet!!

Min rekommendation är också att vi i VA-branschen använder oss av ordet avloppsreningsverk istället för reningsverk för att förhindra eventuella missförstånd. Avloppsreningsverk är ju dock ett långt ord, så jag tycker att vi inom branschen ska använda oss mer av förkortningen ARV (AvloppsReningsVerk), precis som man på engelska använder sig av WWTP (WasteWater Treatment Plant).

När det gäller dricksvattenverken, så tycker jag att man borde använda sig av just dricksvattenverk som ord, snarare än vattenverk, då vi i ett vattenhushållande samhälle kan ha flera olika fraktioner av vatten med olika kvalitet som vi använder dagligen och som behandlas vid olika typer av anläggningar/verk. För vattenverk används ofta förkortningen VV (VattenVerk), men för dricksvattenverk skulle väl då förkortningen DVV (DricksVattenVerk) användas. DVV hittar jag inte som förkortning på Google, och är måhända omständigt. Men vilket är alternativet?

(O)hållbar lösning? Gulvatten (urin) är kanske en avloppsfraktion vi kommer att hantera i VA-branschen i framtiden?  

Det har inte blivit så mycket bloggande på senaste tiden då schemat har varit fullsprängt. Nu till sommaren hoppas jag dock få lite mer tid. Våren har handlat om mkt meckande med Manammoxpiloten på Sjölunda (måndagen den 3 juni drar vi på BOD-reducerat vatten!), research och brainstorming kring avloppsfraktionering (ska nya stadsdelar avloppsfraktionera?), implementering och nyutveckling av databearbetningsverktyget eWASTE (lite utav en lansering på NORDIWA 2013), slutförande av kolfoten via ett SVU-projekt, engagemang som tränare för Linero IF:s P06-lag och sist men inte minst en hel del jobb med OKEJ (Odla Kollektivt, Ekologiskt Jordbruk) och dess 600 m² stora åker (jag ska skriva mer om det sistnämnda på bloggen framöver).

Idag drar jag dock till Paris för IWA:s nionde internationella konferens med fokus på biofilmsreaktorer. Jag ska vara ”co-chair” på en session som handlar om Anammox. ”Min” professor, Jes la Cour Jansen är huvudchair. Självklart tar jag tåget ned. Kl. 18:46 från Köpenhamn går nattåget idag till Köln, där jag är framme kl. 06:14 imorgon bitti. Sen är det snabbtåg till Paris, där jag är framme kl. 09:59. 

Manammox - det rullar på

Hur går det då med Manammoxprojektet på Sjölunda? Det går bra, helt enligt planerna. Rejektvattenpiloten är igång sedan fyra månader tillbaka. Kvävereduktionen ligger kring 3 g N/(m² * d) med dryga 80 % kvävereduktion och dryga 90 % ammoniumoxidation. Piloten driftas med kontinuerlig luftning med syrehalter som har varierat lite på grund av att syregivaren driver lite (trots automatisk renblåsning) när den inte har torkats av manuellt, så syret har nog varierat mellan 1-2,5 mg O₂/l trots att börvärdet har varit 1-1,5 mg O₂/l. Ympen från Syvab innehöll en del nitritoxiderare som dock försvann efter cirka en månad.

Processmässigt har det hela känts väldigt smidigt. Dock har det varit en del problem med stopp i de väldigt små rör som vi pumpar rejektet i. Vi har dock installerat en sil och en del rördragningar har vi gjort större. Dock återstår problemen med att flödesmätaren kloggar igen ibland, lösningen får bli att automatiskt rengöra rören med tryckluft ibland. Det är tur att vi kör med konstant flöde och att jag kan mäta flödet manuellt.

Nu ska jag testa att styra luftningen med pH-börvärde i stället för med syrebörvärde. Jag tror inte jag har sett någon göra det tidigare. DEMON kör ju med pH-styrd intermittent luftning. Vi får se hur det går.

Byggandet av huvudströmspiloten är i slutfasen, och jag hoppas den är i drift i början av april. För den som är sugen att kolla på piloten, kommer chansen att erbjudas under NORDIWA-konferensen i Malmö i 8-10 oktober i år. Förresten så hörde jag att hela 147 abstracts har skickats in till konferensen!

First Aid Kits Emmylou är bara helt fantastisk, jag tröttnar aldrig, inte bara för att videon innehåller bilder från Kalifornien med dess fantastiska Joshua Trees. Jag har varit där och sett dessa märkligt härliga ”skogar” av dessa träd i ökenlandskap. Tyvärr hotas träden att dö ut på grund av klimatförändringarna. 

LaGas - danska forskningsmedel till studier av lustgasproduktion vid avloppsreningsverk

Projektet LaGas, med professor Barth Smets från DTU Environment som projektledare, beviljades häromdagen pengar (12,3 miljoner danska kronor) från det danska strategiska forskningsrådet. Den fullständiga projekttiteln lyder LaGas – diagnostics, monitoring and mitigation of N₂O (laughing gas) emissions from wastewater treatment operations: towards climate compatible wastewater technology. Projektet kommer att sysselsätta ett par doktorander och flera kommunala anläggningar är inblandade liksom Veolia med tillhörande bolag. Kartik Chandran från Columbia University i New York är också kopplad till projektet.

LaGas syftar till att studera mekanismerna bakom lustgasproduktionen. Dessutom kommer utsläppen kvantifieras i pilot- och fullskala från olika typer av avloppsvattenreningsanläggningar med olika metoder. Med hjälp av modellering hoppas projektet på att lära sig hur en kan prediktera lustgasutsläppen.

VA SYD och Sjölunda avloppsreningverk är med på ett hörn med många olika typer utav reningssteg som kan studeras. Högbelastat aktivt slam med fördenitrifikation, högbelastat aktivt slam utan fördenitrifikation (utan bio-P), nitrifierande biobäddar, MBBR med efterdenitrifikation, nitritierande SBR för rejektvattenbehandling, MBBR med nitritation-anammox för rejektvattenbehandling (pilot) och MBBR för Manammox (pilot). Det är dock ännu inte bestämt vilka delar av verket som verkligen kommer att ingå i studien. Jag har dock redan studerat luftemissionerna från SBRen, men dessa studier kan utvecklas, t ex mätte vi aldrig lustgaskoncentrationen i vattenfasen.

Här ser ni Kartik Chandran hålla ett TED-talk.

Förresten, ni följer väl SVUs Daniel Hellströms twitterflöde? 

Nitrospira for lunch

De nitritoxiderande bakterierna (NOB), och måhända dito arkéer om det nu finns några, vill vi inte ha på avloppsreningsverken. Då kan en bli deprimerad om en läser en av Mari Winklers alla artiklar (2012) (tillhör van Loosdrecht-stallet), som uppmärksammade att NOBer hade tre gånger så hög aktivitet än ammoniakoxiderare (AOB) i de studerade aeroba granulreaktorerna, enligt aktivitetstest, men FISH och qPCR visade också på fler NOBer än AOBer. Teoretiskt ska kvoten mellan AOB/NOB vara kring 0,5 p g a NOBernas lägre yield om de båda bakteriegrupperna håller sig till sin litotrofa livsstil. Winkler et al. (2012) fann en normal kvot i ett konventionellt aktivtslamsystem. Vad kan då vara förklaringen till att NOBerna är så många? NOBerna påvisades rätt långt in i granulen där det förmodligen är väldigt låga syrehalter, dock finns där nitrat. De två hypoteserna i Winkler et al. (2012) är att antingen använder sig NOBerna av sin påvisade möjlighet till organotrof livstil, d v s utnyttja någon organisk kolkälla för att reducera nitrat, den så kallade ”ping-pong effect”, eller så utnyttjar NOBerna den nitrit som bildas utav denitrifierare för att oxidera denna till nitrit igen o s v, den så kallade ”nitrite loop”. Är det detta som kommer att fälla Manammox i biofilmer och granuler tro?

Jag kollade häromdagen igenom programmet för 2^nd Water Research Conference i Singapore 20-23 januari 2013. I session 4 hittade jag en intressant titel på ett föredrag ”Nitrospira for lunch: A novel microbial predator hunts for nitrite-oxidizing bacteria in activated sludge” (Dolinsek et al., från University of Vienna) (Nitrospira är en NOB). Får väl läsa artikeln när den kommer in i Water Research!

Annars kan jag meddela att rejektvattenpiloten i Manammoxprojektet på Sjölunda går fint. Förra veckan var jag på Envisys-seminariets första dag. Mer om det någon annan gång, men jag tyckte att både föredragshållarna och åhörarna var lite sega. Föredragshållarna kunde varit mer entusiastiska och åhörarna kunde ställt fler frågor. Eller så var det jag som var trött? J      

Bussresa för processnördar

Förra veckan (onsdag-torsdag) var jag och Susanne med och arrangerade en bussresa med fokus på ny avloppsvattenreningsteknik. Det var Gryaab och VA SYD i samarbete med VA-teknik på LTH som inom högskoleklustret VA-teknik Södra som anordnade denna bussresa. Vi besökte fem olika avloppsreningsverk. Varje besök inleddes med en teoretisk presentation av tekniken i fråga av kunnig person. Därefter fick vi höra om drifterfarenheter av personalen på anläggningen och till sist fick vi se anläggningen. Vi var sammanlagt 31 inbjudna personer som hängde med på hela bussresan. Det var mest folk från Gryaab, VA SYD, LTH och Chalmers, men även NSVA, Tekniska verken i Linköping och Käppalaförbundet m fl var representerade.

Första anhalt var Sjölunda avloppsreningsverk där anammox var tekniken som diskuterades. Frank Persson på Chalmers drog teorin, Magnus Christensson på AnoxKaldnes berättade om drifterfarenheter från ANITA Mox på Sjölunda och i Växjö, och om AnoxKaldnes framtida planer för att höja reaktionshastigheterna per volymsenhet ytterligare i ANITA Moxen, och jag berättade om VA SYDs Manammoxpilot på Sjölunda. Vi gick även ut till ANITA Moxen på Sjölunda och piloten. Efter tidig lunch, drog vi över till Danmark och Lundtoftes reningsverk Mᴓlleåverket där vi fick en dragning om membranbioreaktorer (MBRer) utav Per Elberg Jᴓrgensen på DHI. Hans Edmund Petersen berättade sedan om de extremt höga reningskraven som gjorde att MBR blev teknikvalet för Mᴓlleåverket för att klara dessa krav. Läs mer om verket här!

Tyvärr ingen bild på membranen på Mᴓlleåverke, men här ser ni en bassäng med 10 g SS/l. Inte för att det syns...

Efter incheckning på hotellet i Vedbæk vid femsnåret, så fick höra om den termiska förhydrolysmetoden CAMBI utav Mikael Runesson från Process & Industriteknik i en konferenslokal på hotellet. Därefter var det middag och häng i baren med trevliga branschkollegor!

Dag 2 inleddes tidigt med buss från hotellet kl. 07:30 med fortsättning av temablocket Termisk förhydrolys på Hillerᴓds avloppsreningsverk med ett föredrag av Åsa Davidsson från LTH som även inkluderade en kortare genomgång utav andra förbehandlingsmetoder. Därefter prata Krüger om sin termiska förhydrolysmetod, Exelys, som till skillnad från CAMBI är en kontinuerlig metod. Peter Underlin i Hillerᴓd visade sig deras Exelys-pilot (fullskala) som nu är tagen ur drift.

Exelys-piloten var rätt stor!

Därefter drog vi snabbt över sundet via färja och tog oss upp till Klippan för att prata om IFAS (Integrated Fixed-film Activated Sludge). Klippan har en sådan sedan tidigt 2000-tal, och Magnus Christensson från AnoxKaldnes inledde med teorin kring IFAS och historiken bakom Klippans Hybas-installation. Klippans VA-chef Börje Andersson talade också en del om anläggningen och visade oss sedan den.

Sista anhalt var VIVAB i Falkenberg med tema granuler. VIVAB driftar en BIOPAQ IC, anaerob behandling med granuler, för behandling av processavloppsvatten från Carlsbergsbryggeriet i Falkenberg. Förutom ett besök vid anläggningen fick vi höra om granulteorin utav Britt-Marie Wilén från Chalmers, som visserligen mest har jobbat med aeroba granulära processer, och om drifterfarenheter/problem med anläggningen i Falkenberg.

Ett av mycket få granulärbaserad industriavloppsreningsverk i Sverige, BIOPAQ IC i Falkenberg.

Måhända en liten upprabbling ovan. Det var ett kul event. Initiellt tänkte vi fylla en buss på 50 pers, men vi insåg snabbt att det skulle bli problem med plats på vissa ställen då inte så stora konferenslokaler finns tillgängliga på reningsverken. Dock blir det problem med studiebesök om man är för många. Otroligt nog klaffade alla tider, så de som inte hoppade av i Falkenberg för vidare resa till t ex Göteborg, kom planenligt till Malmö kl. 19:00. Vi hade dessutom ett quiz på bussen, delade rum med varandra, alla köttätare uppgraderas till vegetarianer, vegetarianer till veganer och naturligtvis hade vi det mycket trevligt och alla knöt vi nya kontakter.

Tack för alla intressanta diskussioner kära branschkollegor! Andra dagen tappade jag dock rösten på grund av att en långdragen förkylning då hade flyttat sig till min hals. Ändå skulle jag prata i den där micken i bussen…

Varför finns nitritoxiderarna? Eller… Kan Commamox bli ett problem?

Ja, vi vill inte ha med nitritoxiderarna (nitrite-oxidising bacteria (NOB)) att göra egentligen, när det gäller avloppsvattenrening. Vi vill ju att anammox ska ta över. Det är de som ska ta nitriten som är producerad av ammoniakoxiderarna (ammonia-oxidising bacteria (AOB)) och sno hälften av ammoniumen som är kvar efter att BOD-reduktionen. Vi vill ju därför också att anammox ska konkurrera med AOB om ammoniumet.

Dock vill vi inte att nitrit ska ackumulera, för då skapar vi förutsättningar för lustgasproduktion hos AOB och dessutom hämmar nitrit alternativt salpetersyrlighet de flesta bakteriegrupper. Denitrifierarna vill vi heller inte ha närvarande då dessa också kan producera lustgas, då lustgas är en intermediär produkt i denitrifikationsprocessen. Anammox verkar dock inte generera någon lustgas, och lustgasen är heller ingen intermediär produkt i anammoxreaktionen. Men för att komma tillräckligt lågt i kväve kan vi kanske inte helt förlita oss på anammoxreaktionen, då enbart 89 % av ingående kväve blir kvävgas, resten blir nitrat. Därför vill vi att anammoxbakterierna ska utnyttjas sin förmåga till organotrof nitratreduktion, d v s utnyttja lättillgängligt COD som är kvar i avloppsvattnet efter ett BOD-reducerande steg för att reducera kvarvarande nitrat till nitrit. Nitriten kan sedan gå via anammoxreaktionen, med viss förlust till nitrat igen o s v.

Jaja, vill en läsa mer om hur vi ska lyckas att implementera anammox i huvudströmmen, vilket är lika med att lyckas bli kvitt nitritoxiderarna på avloppsreningsverken så kan ni läsa min (och mina medförfattares) artikel ”Anammox i huvudströmmen – vad är problemet?” i tidskriften Vatten nu i oktober.

Men, varför finns nu nitritoxiderarna? Varför finns det inte en bakterierart som kan utnyttja energin i att oxidera ammonium hela vägen till nitrat, eller kanske finns det det? Denna bakterie vill vi dock inte ha på reningsverket J. Costa et al. (2006) postulerade att sådana bakterier finns och kallade dem comammox (complete ammonium oxidation) (Anammox, Manammox, Panammox och så nu då comammox). Men Costa et al. (2006) resonerade också kring varför nitritoxiderarna existerar, varför nitrifikationen utförs av två bakteriergrupper utifrån följande teorier:

·         Kataboliska reaktionsföljder optimeras genom det naturliga urvalet för maximal produktionshastighet av ATP, vilket är detsamma som maximal tillväxthastighet om mängden bildad biomassa per mol ATP är konstant.

·         Den totala koncentrationen av enzymer i reaktionsföljden minimeras på grund av att syntes av enzymer är kostar energi.

·         Den totala koncentrationen av intermediära ämnen minimeras på grund av kostnader orsakade av toxicitet, läckage av ämnen ut ur cellen och instabilitet som ökar med ökande koncentrationer.

·         Ju mer ett substrat bryts ned, ju mer ATP kan bildas.

Gällande nitrifikationen förväntas längden på reaktionsföljden vara kort på grund av den lägre ATP-produktionen i nitritoxidationen. Ammoniakoxidationen är mer termodynamisk gynnsam än nitritoxidationen (-46 kJ/mol e^- respektive -37 kJ/mol e^-). Oxidationen av hydroxylamin, som är en mellanprodukt i ammoniakoxidationen, är den reaktion som frigör elektroner. Hydroxylamin, som produceras intracellulärt, är ett giftigt ämne vilket alltså kostar på för ammoniakoxiderarna. Vidare är ju nitriten (och salpetersyrlighet) är också giftig och nitritoxidationen sker intracellulärt hos nitritoxiderarna.

Costa et al. (2006) menar dock att commamox, som skulle ha lägre maximal tillväxthastighet men högre biomassautbyte, kan ha en chans vid låga koncentrationer, t ex i biofilmer där koncentrationsgradienter uppstår, då ett bättre utbyte är mer ekonomiskt jämfört med resursslösande snabbväxt och dessutom riskerar inte högre koncentrationer av de inhiberande intermediärerna att uppkomma.

Min tanke är alltså, kan vi få problem med comammox när vi försöker implementera anammox i huvudströmmen på våra avloppsreningsverk, om vi satsar på en biofilmslösning?

Sommaren är slut sedan länge, och snart är det vinter. Då får en ta fram sommarbilderna. Här är en skogsnätfjäril från i somras i närheten av min sommarstuga på Öland. På avloppsreningsverket får en hålla tillgodo med forsärlorna som dök upp för ett par veckor sedan och som sedan stannar hela vintern.

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.