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.

 

Urinsortering i nybyggda stadsdelar - ett sätt att öka den befintliga kväverenande kapaciteten i avloppsreningsverket

Innan kvävekraven på avloppsreningsverken kom så avskiljdes kvävet enbart genom försedimentering och assimilation. Mängden kväve avskiljt via assimilation (celltillväxt) beror på BOD-belastningen (BOD/N-kvoten) och slamålder. Det sistnämnda bestämmer hur mycket av den assimilerade kvävet som löses ut igen genom mineralisering i aktivtslamanläggningen (se nedanstående figur som är modifierad ifrån EPA (2010) och Ekama (2011). 

Humanurin bidrar med ca 80 % av kvävet och ca 50 % av fosforn i kommunalt avloppsvatten. Sorterar vi ut urinet, t ex vid nybyggnation av större stadsdelar, kan vi öka mängden avskiljt kväve genom assimilation eftersom den mesta av COD:n kommer med bajsvattnet (enbart ca 7 % av COD:n i urinet). Dessutom kan vi erhålla mer kolkälla till denitrifikationen och ca 15 % mindre flöde. Mer kväve i biomassan innebär mindre luftbehov för nitrifikation och mer kväve i slammet. Den befintliga kvävereducerande kapaciteten på reningsverket kan alltså öka, men en måste tänka på att flödet ändå ökar med nyinkopplingar.

Frågan är om nybyggnation av lokal anaerob svartvattenrening för biogasproduktion någonsin kan slå ut vinsten med att urinseparera och får utökad kapacitet i befintlig aerobt avloppsreningsverk. Jag tror inte det. Men jag har inte heller orkat räkna mig igenom hela exemplet (ännu).

Mer kväve i slammet vill vi ju ha för att förbättra slammets näringsinnehåll och öka mängden kväve som vi recirkulerar till jordbruket. Separerar vi urinet, tar vi ju hand om en större andel av kvävet direkt istället för att sända upp det i luften igen och sedan fixera det igen i den energiintensiva Haber-Bosch-processen. Håkan Jönsson på SLU är en ivrig och trevlig förespråkare för urinseparering, och menar på att det växttillgängliga kvävet i toavattnet är fyra gånger mer värt (i pengar) än fosfor och kaliumet 40 % mer värt än fosforn. Dessutom kan tillverkningsutsläppen av växthusgaser minska med ca 65 gånger så mycket om vi ta tillvara på kvävet jämfört med fosforn exklusive lustgasutsläpp p g a avloppsvattenrening och utsläpp till recipienten.

VA-verken! Kommunicera de verkliga problemen - varmvattenförbrukning, köttkonsumtion och slängd mat

VA-verken borde inrikta sin externa kommunikation på de mest betydelsefulla VA-relaterade resurs- och exergislösande aktiviteterna: varmvattenförbrukningen, köttkonsumtionen och den slängda maten!

I hela VA-systemet åtgår mest energi åt att värma vårt dricksvatten till varmvatten. Uppvärmningen av vattnet kräver ca 14 gånger mer energi än driften utav hela vår VA-anläggning (Olsson 2009; Hofman et al., 2011). Idag sker mycket extern kommunikation gällande biogasproduktionen vid våra VA-anläggningar och utav vårt matavfall. Det bör då påpekas att vår biogasproduktion vid avloppsreningsverken inte ens täcker energibehovet vid våra verk (i de allra, allra flesta fall idag) och att rötningen av matavfallet ger en mindre mängd biogas än vad som redan produceras vid reningsverken. Dock kan en minskning utav varmvattenanvändningen ge en betydligt snabbare, effektivare och större minskning utav energianvändningen i samhället.

Köttkonsumtionen har ökat med över 40 % sedan år 1990 i Sverige. Proteininnehållet i kött är högt och proteiner innehåller mycket kväve. Proteinkonsumtionen går alltså hand i hand med köttkonsumtionen och proteinkonsumtionen har ökat med nästan 30 % sedan år 1980. Mer kväve till reningsverken innebär högre energianvändning och ökade kostnader. Det sistnämnda beror inte bara p g a ökade driftkostnader (p g a mer behov utav elenergi och extern kolkälla) utan också högre investeringskostnader då hårdare kvävekrav och ökade belastningar kommer att innebära större volymbehov. De ökade driftkostnaderna för Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö uppskattas till 3,2-6,8 miljoner kronor per år på grund av den ökade proteinkonsumtionen sedan 1980. Köttproduktion innebär även att foder behöver produceras. Ca 60 % utav svensk jordbruksmark åtgår till foderproduktion. Ca 24 % av fosforläckaget till vatten i Sverige och 50 % utav kväveläckaget till Östersjön från Sverige kommer från jordbruket, vilket ska jämföras med 17 % respektive 28 % från avloppsreningsverk och enskilda avlopp. Det bör påpekas att det går åt ca 50 % mer jordbruksmark, eller ca 100 % mer markanvändning om betesmarker inkluderas, för köttätarkost jämfört med vegansk kost. Minskar köttkonsumtionen minskar alltså övergödningen utav Östersjön. Det är också bra att veta att nästan hälften (44 %) av köttet som konsumeras i Sverige importeras från andra länder, eftersom detta kött är billigt, ofta på grund av mycket sämre miljökrav i köttproduktionen. Importen utav mat och foder är en kadmiumkälla som inte är utredd, vilket är oroväckande då konstgödsel som har lägre kadmiuminnehåll än konstgödseln som används i andra länder gör. Cirka 50 % av fosforn som flödar in i Sverige kommer från importerad mat och foder. Minskad köttkonsumtion kan därför också innebära mindre kadmium i vår jordbruksmark och i vår mat. Köttproduktionen står för ca 18 % utav växthusgasutsläppen i världen, orsakar som skrivet övergödning, men sprider också antibiotika och andra miljögifter i vår miljö samt en för hög köttkonsumtion är heller inte hälsosamt för människokroppen.

Slängd mat innebär övergödning i onödan, onödig import av kadmium, onödig användning av fossila bränslen och onödiga växthusgasutsläpp från åkrar. Återutnyttjandet av den energi som kvarstår i maten ska självklart utnyttjas, via t ex biogasproduktion. Men den energi som kan återutnyttjas är oerhört liten jämfört med den energi som har konsumerats för att producera maten. Flera med mig tycker att VA-verken och avfallsbolagen kommunicerar allt för lite att vi ska minska mängden slängd mat och att allt för mycket fokus ligger på att vi ska återutnyttja energin i matavfallet. Ibland kan det till och med gå så långt att verkar vara bra att köra bil med biogas, det vill säga att det kan tolkas som att det går att köra mer bil, när vi i själva verket måste minska alla transporter i vårt samhälle.

Alltså, VA-verken, mässa för minskad varmvattenanvändning, minskad köttkonsumtion och minskad mängd slängd mat!!

Årets julklappstips är som vanligt en bok, eller snarare två böcker, Myten om maskinen av Alf Hornborg och All I want for Christmas is planekonomi av Sara Granér.

Hur beräknar du ditt medelvärde?

Snart är det slut på år 2011. Det är dags att summera driftåret för alla avloppsreningsverk. Klarades årets utsläppskrav? Miljörapporter ska skrivas. Men hur beräknar du ditt medelvärde egentligen?

Enligt Naturvårdsverkets SNFS 1990:14 ska samtliga verk med en belastning över 501 personekvivalenter (pe) ha flödesproportionell provtagning av utgående vatten. Detta innebär att en provtagare ska ta prov var X m³ (X:et ska motsvara en volym som gör att provtagningsintervallen vid normalflöde inte överstiger 10 minuter). Även bräddat avloppsvatten vid verket ingår i provtagningen men det är endast vid verk större än 20000 pe som flödesproportionell provtagning av detta flöde krävs. Beroende på belastning på verket krävs olika provtyper (dygnsprov eller veckoprov) med varierande provtagningsfrekvens (antal prov/månad eller vecka). Ett på förhand fastlagt provtagningsschema bestämmer vilka dagar prover ska analyseras.

Kraven på maximalt utsläppta mängder av COD, BOD₇, P-tot och N-tot varierar med verkens storlek och recipient. Enligt SNFS 1994:7 gäller generellt för de allra flesta verk att utgående årsmedelkoncentration för BOD₇ och COD inte få vara högre än 15 mg O₂/l respektive 70 mg O₂/l. Dessutom har verk över 10000 pe med recipient i havs- och kustvattenområden mellan norska gränsen och Norrtälje kommun kvävereningskrav. Verk mellan 10000-100000 pe ska klara en årsmedelkoncentration på 15 mg N/l medan verk över 100000 pe ska klara 10 mg N/l. Minst 70% kvävereduktion gäller i a f i samtliga fall. Sedan tillkommer naturligtvis fosforkrav, men där vet jag inte om det finns generella krav. Enskilda verk kan också ha hårdare krav beroende på recipientens situation, även krav på maximal ammoniumkoncentration och syremättnadskrav kan finnas, rikt- och gränsvärden kan finnas på kvartals- eller årstidsbasis. Nya villkor är dock på gång över hela Sverige i och med Baltic Sea Action Plan (BSAP) och EU:s vattendirektiv. Hårdare krav är att vänta.

Men nu till saken. Kraven är ofta i form av maximala medelkoncentrationen över en tidsperiod. Mer flöde innebär alltså att mer får släppas ut. För verk över 20000 pe måste minst ett veckoprov i veckan tas ut för analys av P-tot och minst ett dygnsprov/vecka för både N-tot och BOD₇. För fosfor innebär det att alla månadens dagar måste inkluderas i medelvärdesberäkningen. Vid stora verk tas normalt dygnsprover (+ ev. helgprover) för att kunna kontrollera hur en ligger till med fosforn under månadens gång (kanske kompletterar en med en fosformätare online). Alltså kanske en har 31 dygnsprover en månad som analyseras. Ett vanligt fel, tror jag i a f, är att en sedan summerar alla dessa 31 P-koncentrationer och dividerar med 31. Detta är fel. En frångår då den flödesproportionalitet som måste hållas. Det rätta är att summera alla massflöden och dividera med det totala flödet. Det är dock oklart i SNFS 1990:14, tycker jag, om man tillåts att summera alla koncentrationer för de veckoprov (P-tot) och dygnsprov (N-tot och BOD₇) som krävs och sedan dividera med antalet prover. Men så bör inte vara fallet.

Sedan är det ju det här med antalet signifikanta siffror. Till exempel, krav på 0,3 mg P/l är för mig krav på 0,34999 mg P/l, krav på 10 mg N/l är krav på 10,4999 mg N/l.  Detta kan ha stor betydelse på de beräknade utsläppta mängderna under ett helt år. T ex om en tittar på utsläppet från ett verk som har ett medelflöde på 100000 m³/d, så kan det bakom det redovisade 0,3 mg P/l finnas ytterligare 2 ton P under ett år som har nått recipienten (mindre naturligtvis om lägre än 0,30 mg P/l har släppts ut). Naturligtvis ska en inte glömma bort att mätosäkerheterna är höga också.