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.

 

Seminarium om FoU inom biogasproduktion i Sverige

Igår var både jag och Susanne på ett biogasseminarium i Stockholm, kallat FoU Biogas från slam och avfall, som anordnades av Avfall Sverige, SGC, Svensk Fjärrvärme och Svenskt Vatten. Hela 68 pers var samlade för att höra det senaste inom svensk FoU inom biogasområdet.

Svenska Dagbladets artikel ”Biogasfordon ger ingen miljövinst” år 2004 inspirerade, enligt dagens första talare Magnus Andreas Holmgren på SP , biogasbranschen till att börja jobba med metanslip från biogasanläggningar. Han presenterade vidare tankar och resultat från mätningar från ”Frivilligt åtagande” och från sin SGC-rapport nr 238 ”Värdering och utveckling av mätmetoder för bestämning av metanemissioner från biogasanläggningar – litteraturstudie”. Det frivilliga åtagandet har lett fram till metanslipsiffrorna 2,5 % och 2,1 % för produktion av biogas och uppgradering av biogasen, som ska användas för att beräkna om Lagen om hållbarhetskriterierna uppfylls, om en själv inte gör egna mätningar. Magnus kommer att jobba vidare med mätmetoder från öppna ytor. Tillägga bör att Magnus gav avloppsreningsverken en känga för att enbart ett (Linköping) av de 135 biogasproducerande avloppsreningsverken har genomgått ett frivilligt åtagande. Det bara att instämma att det är för dåligt!  

Nästa speaker var Erik Nordell från Svensk Biogas (inte Swedish Biogas och inte Scandinavian Biogas), utan Svensk Biogas, som är ett dotterbolag till Tekniska Verken i Linköping, inte i Lidköping. Han berättade om labbförsök med efterrötning vid 25ºC för kontroll av metanslip i öppna rötrestlager. Det mest intressanta de hade kommit fram till vara att när en störning skedde i huvudrötningen, vilket genererar högre VFA-halter, ökade även metanproduktionen i efterrötningen, vilket kanske inte är helt oväntat.

Vidare presenterade My Carlsson på AnoxKaldnes försök gjorda med termofil förhydrolys dels för att få ökad biogasproduktion och dels för att få till hygienisering. Blandslam från VA SYD, Gryaab och NSVA användes. Gasproduktionen låg mellan -8 till +18% jämfört med utan förhydrolys, Salmonella var frånvarande, medan detektionsgränsen för mätning av E. coli och Enterococcer var alldeles för hög för att kunna uppfylla de föreslagna kraven för dessa bakterier vid hygienisering. Problemet verkar vara att de föreslagna <-halterna är uttryckta i torrvikt och inte i våtvikt. Dock var resultaten svårtydbara gällande hygieniseringseffekten, kanske p g a kontaminering. Viktiga slutsatser var också att hydrolysgasen bör ledas in i efterföljande rötkammare och att intermittent matning kan ge höga vätgashalter. Rapporten med alla resultat kommer inom kort på SGC:s hemsida. Förstudierapporten hittar du här, SGC 215.  Snart där efter äntrade fd Gryaabsonen Ola Fredriksson (numera på Aquateam, men kommer snart hem till Gryaab igen (helt enligt planerna)) scenen och ville förtälja att det där med förhydrolys har man hållit på med på VEAS i Oslo i 17 år redan. VEAS har kraftig förfällning med efterföljande biofilmsprocesser för nitrifikation och denitrifikation. VEAS uppvisar en mycket hög nedbrytningsgrad av VS (ca 65 %). Ola överförde dessa siffror för Gryaabs del. Om Ryaverket skulle öka sin VS-reduktion i rötkammarna från 50 % till 60 % skulle Gryaab kunna sänka sina driftkostnader med 2 miljoner om året (mer metan och mindre slam). Hydrolysprocessen verkar klara av att VFA-halterna sticker iväg ibland, och ett samband med att skumningen minskar när hydrolysen är sur (BA var negativt) verkade tydligt. Många meter skum är det normala fall (minns inte hur många).

Växjö har mycket på gång på Sundets ARV, och igår presenterade processingenjör Anneli Andersson Chan och JTI:s Gunnar Rogstrand resultat från försök gjorda på Sundet. De har testat att förtjocka det rötade slammet i en bandavvattnare till ca 9 % TS för att sedan pastörisera slammet (hygienisering) och efter det få ut mer metan i en efterrötning. Pastöriseringen sänker slammets viskositet, vilket gör att omrörningen funkar vid så höga TS-halter. Jag tror att den viktigaste slutsatsen av försöken var att det var omöjligt att avvattna slammet i slutändan, troligen p g a att pastöriseringen påverkade den tillsatta polymeren i förtjockningen till den grad att slutprodukten blev en sirapsliknande lösning som det inte gick att blanda in polymer i.

Även årets Vatten-pristagare Jes la Cour Jansen höll ett föredrag på seminariet. Han pratade allmänt om hur FoU kan hjälpa till för att öka biogasproduktionen på avloppsreningsverk, men påpekade samtidigt att den stora potentialen för biogasproduktion i Sverige inte finns i avloppslammet (enbart 7 % av de totalt 10,6 TWh/år exklusive råvara från skog). Dock är det idag de 135 biogasproducerande avloppsreningsverk som står för den absolut största delen av biogasproduktionen! Jes påminde oss också om att det har testats många olika metoder för att öka utrötningen på avloppsreningsverk, men det är fortfarande ingen metod som riktigt har fått fart och har etablerat sig på många verk. Så det finns fortfarande att göra! Han påpekade också att bio-P ger mindre slam vilket ökar uppehållstiden för slammet i rötkammare, dock påverkar ökade mängder svavelväte negativt.

Vi fick också höra föredrag om föroreningar i biogasen före och efter uppgradering, katalytisk förbränning av metanslip från gasuppgadering, syntrofa acetatoxiderare som gynnas av höga ammoniakhalter och torrötning av ”rejekt” från förbehandling av matavfall.  

Idag var vi på Hammarby Sjöstadsverk, första gången för oss båda, för ett många timmars mycket inspirerande möte med KTH om anammox-FoU. Men det blir mer om anammox i huvudströmmen eller mainstream anammox (= Manammox) någon annan gång!