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.

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? 

Vetenskapsråds- och Formaspengar till VA-teknikforskning

Nyligen har Vetenskapsrådet (1/11) och Formas (3/12) meddelat vilka som får pengar i årets stora utlysning. Jag listar nedan vilka jag har kunnat hitta i listorna som har anknytning till VA-teknik.

Vetenskapsrådet

Mikrobiell elektrosyntes – en grundläggande undersökning av nya cellandningsvägar, Oskar Modin, Chalmers

Membranbioreaktorer med kompaktceller för effektivare bioprocesser – Mohammad Taherzadeh, Högskolan i Borås

Formas

Nanostrukturerande konstruktioner för vattenrening – Martin Andersson, Chalmers

Titanbaserade jonbytare för vattenrening – Oleg Antzutkin, Luleå Tekniska Universitet

Avskiljning av organiska föroreningar i reningsanläggningar för dagvatten – Karin Björklund, Chalmers

Renoveringar av åldrande avloppsledningsnät – Förbättrar miljö och hälsa eller bortkastade pengar – Annelie Hedström, Luleå Tekniska Universitet

Biosorption i aktivslamprocessen: Mekanismer, kinetik och konsekvenser för processdesign, Oskar Modin, Chalmers

Ett nytt perspektiv på slam – tvärvetenskaplig bedömning genom hybridisering av livscykelanalys och riskbedömning – Greg Peters, Chalmers

Styrning av mikrobiella populationer mot en effektiv biogasproduktion – Anna Schnürer, SLU Uppsala

Vatten för liv och värdighet – En studie om hållbarhet och skalbarhet inom kooperativa vatten och sanitetssystem i rurala Tanzania – Sara Gabrielsson, Lunds universitet

Notera att den unge Oskar Modin knep åt sig pengar både från Vetenskapsrådet och Formas. Jag ser särskilt framemot hans arbete med biosorption i aktivt slam. Grattis i Oskar!!! 

Stressfusk

Härom veckan kom jag på ett nytt ord. Stressfuska. Det är att försöka hinna med mer i vardagen utan att stressa med hjälp utav fossila bränslen (eller utav onödigt mycket energi). Exempel är att ta bil till jobbet, dagis och mataffären för att hinna med att göra mer på jobbet/hemmavid. Många skjutsar också sina barn (som nu allt oftare är tre i en familj) med bil kors och tvärs till olika aktiviteter, och vänjer därmed barnen vid stressfusk. En kan också tycka att det är stressfusk att äta kött/mejeriprodukter/ägg för att snabbare och enklare få i sig nödvändiga näringsämnen. Har en pengar kan en stressfuska allt mer, och ju mer en stressfuskar desto mer pengar hinner en tjäna.

Enligt Sydsvenskan 18/3-2012 så är antalet bilar per tusen invånare lägre i Lund (min hemstad) än riksgenomsnittet (370 vs 460). Detta kan delvis förklaras av den höga andelen studenter, men också att cyklandet är utbrett. Men även i Lund ökar körsträckorna med bil per invånare, även om ökningen är lägre i Lund (9 %) än i Skåne (21 %) och riksgenomsnittet (22 %). Hur kan det öka när till och med media har skrikit om klimatförändringarna åtminstone sedan Al Gore började predika. Världsbankens rapport nu senast är ju skrämmande, men föga oväntat. Jag ställer mig frågan igen, är det ingen som bryr sig om våra barns framtid? För det handlar väl inte om okunskap? Eller gör det det? Hur kan vi vända trenden, eller är det bara att invänta kommande energi- och miljö/klimatkriser? Jag vägrar att tro på det sistnämnda, men jag bråttas dagligen med tankar om hur jag kan påverka min omgivning.

Mina tips till att minska stressfuskandet är i alla fall planering, prioritering, gå ned i arbetstid, cykla och åk kollektivt, bli vegetarian (helst vegan) och inse att barnen inte tjänar på på att vänja sig vid stressfusk.

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…