IVL Swedish Environmental Research Institute

I dagsläget finns inga krav på svenska avloppsreningsverk att rena läkemedelsrester och andra svårnedbrytbara organiska föroreningar, dock är det troligt att krav på detta snart kommer att införas i Sverige. SYVAB har initierat ett projekt, inom vilket komplettering av den framtida processen, med olika tekniker för utökad rening av läkemedelsrester kommer undersökas. Rapporten sammanfattar tidigare utredningar och försök kring rening av läkemedelsrester i avloppsvatten, med anknytning till Himmerfjärdsverket nuvarande och framtida reningsprocess. Tester har genomförts av IVL Svenska Miljöinstitutet, delvis i samarbete med SYVAB, genom pilottester vid Himmerfjärdsverket och FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk.

Avskiljningsgrad i dagens process vid Himmerfjärdsverket är för vissa läkemedel över 85 % medan vissa andra läkemedel reduceras i mycket lägre grad eller till och med ökade i utgående vatten. Trots låga avskiljningsgrader för vissa läkemedel ligger halter i recipienten på en nivå som ger en låg risk för negativa miljöeffekter för de flesta av de studerade läkemedlen. Det beror mest på att vattnet släpps i Himmerfjärden, som har en hög omsättning av vatten genom vattenutbyte med den yttre skärgården. Genomförd riskanalys visar att det inte skulle krävas en förbättrad rening för att uppnå måttliga riskkvoter i recipienten, då dessa redan ligger under 1 för samtliga analyserade substanser. Vill man minska halter av läkemedel redan i utgående vatten (exklusive utspädning) till koncentrationer under gränsen för vad som förväntas vara ofarliga för vattenlevande djur och växter (PNEC, Predicted No Effect Concentration) krävs en utökad rening för minst 7 av de analyserade läkemedlen, varav högst rening krävs för Oxazepam och Diclofenac.

Efter ombyggnad av dagens reningsverk till en aktivslamanläggning med MBR-teknik förväntas avskiljning av några läkemedel öka, vilket dock endast påverkar behovet av extra rening av läkemedel väldigt lite. Detta vilket framgår av genomförd riskanalys.

Alla undersökta läkemedel avskiljs bra, från utgående vatten efter MBR, med både kolfiltrering och ozonering vid lämplig dos och belastning enligt resultat från flera genomförda pilottester. Rening av vatten i GAK-filter ger stabilt låga halter av läkemedel tills genombrott sker. Om anläggningen ska dimensioneras för att reducera halter i utgående vatten till under PNEC, vilket innebär ett krav på reduktion av Oxazepam med ca 96% och Diclofenac med ca 88%, behöver anläggningen dimensioneras för behandling av 96% av totalflödet. Samma resultat uppnås om en högre andel av flödet behandlas men att kolet då kan bytas ut efter längre tid, efter att hela sorptionskapaciteten förbrukats. Om ambitionsnivån är att reducera halter av samtliga läkemedel till väldigt låga nivåer kan man förvänta kolförbrukning av ca 15 – 20 g/m3 av vatten (eller 50 - 75 m3/kg kol). Om utökad rening ska utgöras av en ozoneringsanläggning bör den dimensioneras för en ozondos på >9 mg/L för reduktion av halter i utgående vatten till under PNEC.

Förutom läkemedelsrester innehåller utgående vatten från Himmerfjärdsverket även andra organiska mikroföroreningar som är viktigt att ta med vid bedömning av reningstekniker. Eftersom gränsvärdet för PFOS är väldigt lågt står dock Himmerfjärdsverkets utsläpp för haltbidrag som motsvarar över 90% av gränsvärdet för uppfyllande av god kemisk ytvattenstatus. Reduktion av PFOS från avloppsvatten har inte testats grundligt men befintliga resultat från försök med lakvatten vid Hammarby Sjöstadsverk och dricksvatten tyder på att en hög reduktionsgrad över en kolfilteranläggning kan förväntas och genombrott av PFOS förväntas komma samtidigt eller lite tidigare än för läkemedelsrester. Däremot kan inte höga reduktionsgrader förväntas vid ozonering. 

At present, there are no requirements for Swedish wastewater treatment plants (WWTPs) to remove pharmaceutical residues and other emerging substances. However, it is likely that such requirements will soon be introduced in Sweden. Therefore, SYVAB has initiated a project to investigate how such an advanced treatment could be implemented at the Himmerfjärdsverket WWTP. The current report summarizes previous investigations and pilot-tests to remove pharmaceuticals from wastewater, related to Himmerfjärdsverkets future treatment process configuration. Tests have been conducted by IVL Swedish Environmental Research Institute, partly in collaboration with SYVAB, through pilot tests at Himmerfjärdsverket and the R&D-facility Hammarby Sjöstadsverk.

The removal efficiency in today's process at Himmerfjärdsverket is over 85% for some pharmaceuticals while others are reduced to a much lower degree or their concentration may even be higher in outgoing water than in the inflow. Despite low removal efficiency, pharmaceutical levels in the recipient are representing low risk of adverse environmental effects for most of the studied substances. This is mainly because of a high water exchange in the receiving recipient Himmerfjärden with the outer archipelago. A performed risk analysis shows that a more advanced treatment would not be required to achieve medium risk levels in the recipient, since risk levels are already below 1 for all substances analysed. However, to achieve low-risk levels of pharmaceuticals already in outgoing water from the WWTP, i.e. without dilution, an extended treatment would be required for at least 7 of the analysed substances. The highest treatment demand would be for Oxazepam (96% reduction).

After rebuilding the current WWTP into an active sludge plant with MBR technology, the removal efficiency for some pharmaceuticals is expected to increase, which, however, only affects the need for extra purification very little as the risk analysis reveals.

All investigated pharmaceuticals are efficiently removed from MBR-effluent with both activated carbon filtration and ozonation at appropriate doses and load according to several pilot tests performed. Treatment of water in GAK filters provides stable low levels of pharmaceuticals until breakthrough occurs. If the extra treatment is to be dimensioned to reduce levels in outgoing water under predicted no effect concentrations (PNEC), a treatment of 96% of the total flow would be required based on Oxazepam according to the performed evaluation. Alternatively, a higher proportion of the flow can be treated but that the carbon is changed after a longer period, after the entire sorption capacity has been consumed. If the level of ambition is to reduce the levels of all pharmaceuticals to very low levels, one can expect carbon consumption of about 15-20 g/m3 of water (or 50 - 75 m3/kg of carbon). If extended treatment is based on ozonation, it should be dimensioned for an ozone dose of >9 mg O3/L for reduction of levels in outgoing water under predicted no effect concentrations (PNEC).

In addition to pharmaceuticals, outgoing water from Himmerfjärdsverket also contains other organic micropollutants that are important to include in the assessment of extended treatment. Himmerfjärdsverket's emissions of PFOS contribute for example to over 90% of the limit value for fulfilling good chemical surface water status. Reduction of PFOS from wastewater has not been thoroughly tested on site, but existing results from experiments with leachate at Hammarby Sjöstadsverk and drinking water indicate that a high degree of reduction over a carbon filter can be expected and breakthrough of PFOS is expected to occur simultaneously or slightly earlier than for pharmaceuticals. However, high degrees of reduction cannot be expected in ozonation.

Rapporten sammanfattar tidigare utredningar och försök kring rening av läkemedelsrester i avloppsvatten, med anknytning till Himmerfjärdsverket nuvarande och framtida reningsprocess. Tester har genomförts av IVL Svenska Miljöinstitutet genom pilottester vid Himmerfjärdsverket och FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk. En bedömning av den aktuella reningseffektiviteten gjordes samt en bedömning av recipienten och eventuella reningskrav. Dagens reningsverk kommer byggas om MBR-teknik och detta har tagits hänsyn till i de genomförda tester med ozonering och aktivt kol.