Avløpshåndtering i Oslo

Förra veckan var jag i Oslo som tydligen är Europas snabbast växande stad (vår väldigt entusiastiska stadsguide hann berätta väldigt mycket om det på 1,5 timme)! Men när man bygger för allt vad tygeln håller så innebär det också en del problem med dag- och spillvattenhanteringen. Reningsverken Bekkelaget och VEAS tar hand om avloppsvattnet i Oslo-regionen idag och Bekkelaget kommer snart att behöva börja bygga ut. Politikerna har visst också bestämt att det ska gå att bada i området kring operan, så inget dagvatten ska släppas ut där, och man har bestämt att kombinerat system ska fortsätta användas…vilket känns lite ålderdomligt. Men det är klart, det ser väl inte så snyggt ut kanske. En smart grej jag fick veta var att ledningarna till Bekkelaget och VEAS sitter ihop i en punkt så man kan styra hur mycket vatten som går till vilket verk, så när VEAS har byggt om på sista tiden har Bekkelaget fått ta emot mer vatten. Bra att ha den flexibiliteten!

Ett studiebesök på Bekkelaget hanns såklart med och där fick vi se ett reningsverk som är ganska likt Ryaverket, fast det är helt insprängt i berget (eller fjället som de säger på norska). En annan skillnad är att de har sina reningskrav i procent istället för mg/l som de flesta svenska reningsverkt har. Det är också nytt, med mina mått mätta i alla fall, det stod färdigt 2001 och tar emot vatten för motsvarande ca 300000 personer. Duktiga Jessica Gunnarsson guidade oss runt där och svarade på våra tusen frågor. På Bekkelaget är de väldigt glada för de människor som är anslutna verkar det som, den här bilden fanns i entrén.

När jag var i Oslo kom jag att tänka på en gammal grej som jag läst om att man mätt hur mycket droger som stadsdelarna ”använder” eller det som speglas i avloppsvattnet i alla fall. Enligt Forskning & Framsteg släppte stadens befolkning ut ca 35 kilo kokain i Oslofjorden varje år! I Stockholm gjordes 2010 en undersökning som skrevs om i SvD och visades i Kalla Fakta. Lasse Wierup, journalisten som gjort reportaget säger: ”Vi kan se att stockholmarna använder mindre kokain än människor i till exempel Rom och London, men att vi ligger på ungefär samma nivå som München och Frankfurt”.

Programmet kan fortfarande ses här. 

Trevlig helg!

ps. På Bekkelaget upptäckte vi också en haj i en bassäng. 

Manammox - anammox i huvudströmmen

Manammox (mainstream anammox) är ett uttryck jag själv har myntat, och innebär implementering av betydande kvävereduktion genom anammoxreaktionen vid rening av avloppsvatten på kommunala avloppsreningsverk. Heterotrof denitrifikation ska enbart behövas för att reducera den nitrat som anammoxbakterierna producerar p g a att koldioxid reduceras (biomassaproduktion) kopplat till att nitrit oxideras till nitrat (teoretiskt 11 % av det kväve som reagerar i anammoxreaktionen).

Det har dock konstaterats att anammoxbakterierna kan genomföra organotrof nitratreduktion (Güven et al., 2005; Kartal et al., 2007). Acetat och propionat kan oxideras med nitrat som elektronacceptor. Nitraten omvandlas till ammonium med nitrit som intermediär. Dock överger inte anammoxbakterierna sin autotrofa livsstil, d v s de organiska ämnena bryts ned till koldioxid innan kolet tas upp (Kartal et al., 2007) och biomasseproduktionen förblir låg. COD/N-kvoter (g/g) över 1 har observerats gynna heterotrofer framför anammoxbakterier i anoxiska miljöer (Güven et al., 2005).

Världens första anammoxreaktor, som byggdes för rejektvattenbehandling på ett kommunalt avloppsreningsverk i Rotterdam, besökte jag och ett gäng från VA SYD (dåvarande VA-verket i Malmö) och LTH hösten år 2006.

Van Loosdrecht-stallet på Delft University släppte nyligen en intressant artikel med implementering av organotrof nitratreduktion av anammoxbakterierna för att minska nitratmängden ut från en bubbelkolumnreaktor med SBR-drift med granulärt slam (Winkler et al., 2012). De studerade ett syntetiskt avloppsvatten med en COD/N-kvot (g/g) på 0,5, ammoniumkoncentration lika med 190 mg N/l och en temperatur på 18 ± 3ºC i labbskala. De implementerade en nitratrecirkulation, vilket ökade kvävereduktionen utan att heterotrofer blev den dominerande bakteriegruppen i systemet, vilket delvis konstaterades genom att slamproduktionen blev fem gånger lägre än om denitrifierande heterotrofer hade dominerat.

Med fördel tas så mycket av den inkommande COD:n bort med effektiv mekanisk/kemisk rening och ett högbelastat aktivtslamsteg, och därefter implementeras manammox. En eventuell nitratrecirkulation i manammoxsteget för nitratreduktion av anammoxbakterierna kräver att det finns en tillgänglig kolkälla kvar i avloppsvattnet. Kanske kan en delström ledas förbi aktivtslamsteget, eller så används ett hydrolysat. Alternativet är ett efterföljande heterotrof denitrifikation med hydrolysat som kolkälla.       

På flera håll i världen sänks nu temperaturerna och kvävekoncentrationerna i anammoxreaktorerna för att studera hur manammox ska implementeras. De anammoxledande forskarna i Sverige, KTH med Elzbieta Plaza i spetsen, har ett SVU-Formas projekt tillsammans med Chalmers och Gryaab, där de för tillfället studerar en sänkning av temperaturen i en MBBR-pilot för rejektvattenbehandling. Doktoranden Razia Sultana på KTH och mikrobiologen Frank Persson på Chalmers är huvudpersonerna i projektet. VA SYD och LTH planerar pilotförsök med manammox efter det högbelastade aktivtslamsteget på Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö. Som jag redan har nämnt här på bloggen planerar Delft och Paques att släppa resultat från en pilot i Rotterdam i augusti i år.  

Ammoniakoxidation och ammoniakhämning

Nitrifikationsprocessen består av två delprocesser, ammoniumoxidation och nitritoxidation. De mikroorganismer som genomför ammoniumoxidationen brukar kallas ammoniumoxiderare eller på engelska ammonia-oxidising bacteria (AOB) eller ammonia-oxidising archaea (AOA). De sistnämnda nyupptäckta ammoniumoxiderarna är alltså inte bakterier utan arkéer, men har, vad jag vet om, inte hittats på avloppsreningsverk ännu. Som ni märker är de engelska benämningarna ammonia-oxidising och inte ammonium-oxidising. Skälet till detta är att ammoniak (NH₃) anses vara det egentliga substratet för ammoniumoxiderarna. Ammoniak står i jämvikt med ammonium, och dess koncentration kan beräknas om pH, temperatur och ammoniumkoncentrationen är känd. På svenska borde vi alltså använda ammoniakoxiderare. Googlar man ammoniakoxiderare får en enbart en sökträff!

Ammoniak hämmar både ammoniakoxiderare och nitritoxiderare, men ammoniakoxiderare tål betydligt högre koncentrationer än nitritoxiderarna. Nyligen uppmärksammade Jaroszynski et al. (2011) att även anammoxbakterierna påverkas negativt av ammoniaken. Anammox står för den delen för anaerobic ammonium oxidation, men ofta skrivs det anaerobic ammonia-oxidising bacteria i litteraturen, och troligen är ammoniaken även substratet för anammoxbakterierna. Anammoxbakterierna är alltså också AOB, d v s på engelska bör man skriva aerobic AOB (aerAOB) och anaerobic AOB (anAOB). 

Nitritoxiderarna och dess substrat salpetersyrlighet (HNO₂) diskuterar vi en annan gång….

Enklare än så här blir inte kväverening

Den enklaste formen av kväverening på avloppsreningsverk är nitritation av rejektvattnet från avvattnat rötat slam i en kemostat. Rejektvattnet bidrar normalt med 15-20 % av den totala kvävebelastningen på ett reningsverk. Ofta värmeväxlar en inte ned ett mesofilt rötat slam, vilket gör att rejektvattnet inte bara innehåller höga halter av ammonium utan är också varmt, över 30ᵒC.

 I en kemostat är den hydrauliska uppehållstiden densamma som slamåldern (HRT = SRT).

Vid så höga temperaturer behövs ingen lång slamålder för att erhålla de kemoautotrofa ammoniumoxiderarna, och nitritoxiderarna kan tvättas ur på grund av att dessa växer långsammare än ammoniumoxiderarna vid temperaturer över drygt 20ᵒC. Genom att undvika nitritoxidationen kan upp till 25 % av luftbehovet minska teoretiskt. Hellinga et al. (1998) visar tillväxtkurvor för ammoniumoxiderare och nitritoxiderare som funktion av temperaturen, som är framtagna på labb.

Genom att hålla en aerob hydraulisk uppehållstid (HRT) i kemostaten på ca 0,5 dygn vid en temperatur på 35ᵒC ska en kunna få till en kultur av ammoniumoxiderare. Dock kan man inte räkna med att få en ammoniumoxidation som blir mer än ca 50 %. Problemet är att rejektvattnet enbart innehåller ca 1,1 mol alkalinitet (i HCO₃^-) per mol ammoniumkväve medan 1 mol oxiderat ammoniumkväve genererar 2 mol vätejoner. Alltså försurar ammoniumoxidationen sin omgivning, pH sjunker, vilket påverkar ammoniumoxidationen negativt genom att lågt pH i sig inte är bra, men också för att lågt pH innebär att det blir svårare för ammoniumoxiderarna att utnyttja det icke-organiska kolet i vattnet och ammoniumen. För att få tillstånd mer ammoniumoxidation måste alltså alkalinitet tillsättas antingen direkt genom t ex tillsats av lut eller indirekt genom denitrifikation med tillsats av extern kolkälla. Det sistnämnda är att föredra rent kostnadsmässigt.

Men återigen, det enda man behöver göra för att få bort ca 7-10% av sitt kväve på ett avloppsreningsverk är att lufta sitt rejektvatten i en kemostat med en HRT på 0,5 dygn och släppa vattnet till inkommande vatten för att därefter denitrifiera detta kväve i de inledande oluftade aktivtslamzoner med inkommande lättillgängliga organiska kolföreningar.  Nu vet inte jag om 0,5 dygn räcker i praktiken. Jag vet att man i Rotterdam använder sig av 1,4 dygns aerob HRT i en sådan här reaktor i fullskala. När man kom fram till 0,5 dagar på labb pH-justerades nog försöken.

Den svåraste typen av kväverening på avloppsreningsverk är nog anammox i huvudströmmen, eller varför inte ammoniumadsorption eller - jonbyte.  

Industriers varaktig samlevnad!

Enligt Nationalencyklopedin så betyder symbios varaktig samlevnad mellan olika typer av organismer. Utanför Norrköping finns en form av industriell symbios, Händelö energikombinat. Med industriell symbios menas att man behandlar flöden av främst restprodukter mellan företag. Exempelvis produceras två förnybara bränslen i symbios med kraftvärmeverket där energiproduktionen till största del baseras på biobränslen. Universitetet i regionen är också starkt knutet till Händelö. Framförallt avdelningen industriell miljöteknik på Linköpings universitet. Jag har läst bland annat kurserna Biofuels for Transport och Industrial Ecology. Rekommenderas!

Jag kom att tänka på Händelö igen för att jag under veckan läst ikapp lite Ny Teknik och fick upp ögonen om artikeln från förra veckans nummer om att gasjätten Aga och Lantmännen Agroetanol ska bygga en storskalig koldioxidfabrik på Händelö i Norrköping. Lantmännen tillverkar etanol till fordon och djurfoder, i processen frigörs stora mängder koldioxid. I dag släpps allt ut i atmosfären, men den nya fabriken ska i stället fånga upp, rena och komprimera gasen och därefter ska den transporteras till Agas kunder. Produktionen ska vara i drift hösten 2013.

Koldioxid kan till exempel användas till att framställa aceton. Ett forskarlag under ledning av professor Hubert Bahl vid universitetet i Rostock har fått omkring 15 miljoner kronor för att ta fram metoder att jäsa fram aceton med hjälp av mikroorganismer och koldioxid. Projektet löper under tre år.

Även plast kan framställas med hjälp av koldioxid. Ny Teknik skriver att norska Norner har ägnat flera år åt att utveckla nya plastmaterial baserade på koldioxid. Nu bygger institutet en pilot- och demonstrationsanläggning i norska Grenland, en investering som motsvarar 64 miljoner svenska kronor. Den ska vara i drift år 2014 och är öppen för företag som vill licensiera tekniken för att utveckla egna ”gröna” plastprodukter. Spännande!

Förresten så gick Stora Energipriset 2011 som delas ut årligen av SWECO till just Händelö energikombinat.

Bilden nedan visar industriklustret på Händelö.

  

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!   

Läkemedelsrester i avlopp

I Göteborgs stads budget för 2012 står det under avsnittet giftfri och hälsosam stad att förutsättningarna för att inrätta en ozonreningsanläggning vid utflödet från Östra sjukhuset ska utredas. Detta är ett projekt som Gryaab kommer att delta i och innebär bland annat att undersöka hur läkemedelsrester och multiresistenta organismer påverkas av en ozonreningsanläggning. De största mängderna av läkemedelsrester förekommer i inloppet till avloppsreningsverken. I avloppsreningsverkens olika processer reduceras oftast halterna i olika grad beroende på läkemedelssubstans. Innan ett beslut tas om att införa en sådan reningsanläggning måste de eventuella positiva miljöeffekterna av avancerad reningsteknik vägas mot ökad energi- och resursförbrukning. Vi får se hur arbetet framskrider, en rapport ska publiceras under 2012!

Stockholm Vatten har genomfört ett projekt som heter ”Läkemedelrester i Stockholms vattenmiljö”. I sammanfattningen står att ”Nästan alla läkemedel som kunde mätas i inkommande vatten var också detekterade i renat avloppsvatten, men i lägre koncentrationer”. Vilka koncentrationer som är skadliga för vattenlevande organismer är svårt att avgöra och i rapporten konstateras att kunskapen om effekter hos akvatiska organismer av läkemedelsrester fortfarande är bristfällig.

Svenskt Vatten och Landstinget i Östergötland har tillsammans gjort en studie, Läkemedelsrester från sjukhus och avloppsreningsverk Rapport 2010:1, som är en uppföljning av en tidigare studie kring läkemedelsflöden i Östergötlands och Jönköpings län samt de stora sjöarna Vättern, Vänern och Mälaren. Där dras slutsatsen att användningen av läkemedel är stor och ökar kontinuerligt och utsläppen påverkar främst vattenlevande organismer. I studien visas att olika läkemedel reduceras olika mycket i reningsverken. Åtgärder vid källan rekommenderas.

Många såg säkert också artikeln i Ny Teknik förra veckan som handlade om läkemedel i fisk, närmare bestämt abborre. I faktarutan står det som kanske saknas i artikeln, att vilka halter och exponeringstider som skadar fiskar och vattenlevande organismer ska undersökas i forskningsprojektet MistraPharma, som kommer att fortsätta fram till år 2015. Just nu finns inga gränsvärden så vitt jag vet?

En som kan mycket om det här ämnet är Joakim Larsson på Göteborgs Universitet, som jag fick förmånen att lyssna till i höstas. Man kan annars se hans TED-talk på youtube! Han medverkar också som expert i filmen Underkastelsen av Stefan Jarl, som handlar om kemikaliecocktailen i samhället.