IVL Swedish Environmental Research Institute

Under nio år (2013–2022) har membranbioreaktorteknik (MBR) för rening av avloppsvatten utvärderats i pilotförsök vid FoUanläggningen på Hammarby Sjöstadsverk i Stockholm − inför fullskaleimplementering vid Henriksdals avloppsreningsverk där en av sju fullskalelinjer är i drift sedan 2021. Rapporten sammanfattar erfarenheter, utmaningar och möjligheter med tekniken. Membranen i Henriksdals reningsverk ska ersätta slutsteget i den konventionella aktivslamprocessen. Slammet avskiljs med filtrering genom membran med mycket små porer. Totalt kommer 1,6 miljoner m2 membranyta att installeras vilket kommer att ge fördubblad kapacitet i befintliga bassänger. Många svenska VA-organisationer behöver mer kompakta reningsverk, och flera kommuner utreder därför möjligheten att införa MBR, som blir ett allt mer konkurrenskraftigt alternativ när reningskraven höjs. I MBR-piloten renades kväve biologiskt med för- och efterdenitrifikation till mycket låga halter, <5 mg/l, vilket krävt tillsats av extern kolkälla (sju olika testades). Fosfor avskildes till som lägst 0,05 mg/l genom kemisk fällning i tre punkter med metallsalter (tre olika testades). Reningen var stabil även vid hög belastning och låga temperaturer, och utgående föroreningshalter låg under de framtida utsläppskraven på 6 mg/l kväve och 0,20 mg/l fosfor, samtidigt som förbrukningen av processkemikalier var lägre än förväntat. Biologisk fosforrening uppstod oväntat i processen; detta har dock inte noterats ännu i fullskalelinjen. Membrandriften i piloten har varit stabil. Permeabiliteten, genomsläppligheten,  var mycket god och låg mellan 600 och 200 lmh/bar. Ingen negativ inverkan av de  olika process kemikalierna kunde påvisas på membranen, utom vid extremt hög dosering av järn. Till utmaningarna med MBR-tekniken hör hög resursförbrukning då membranen rengörs med luftning och kemikalier, och återcirkulationen av slam är hög. Optimering av resursanvändningen har därför varit i fokus och bland annat resulterat i 60 % minskning av kemikaliebehovet för membranrengöring samt visat att återcirkulationen av slam kunde minskas utan att membranen stördes. En annan utmaning är ansamling av flytslam/skum i det biologiska reningssteget vilket till viss del kunde stävjas med dosering av en skumdämpande produkt, även om tekniska lösningar för avlägsnande av flytslam främst rekommenderas. En nyckel till den stabila driften och den minskade resursförbrukningen är utvecklingen av styrstrategier för biologisk och kemisk rening samt styrning av membranen. Delar av styrningen användes senare i fullskalelinjen där även membranrengöringen minskats baserat på pilotens resultat. En kartläggning visade att MBR-tekniken inte gav bättre avskiljning av mikroföroreningar och PFAS än konventionella aktivslamprocesser. Däremot visade tester att ozon och aktivt kol är mer effektivt på vatten som renats i MBR då det är helt partikelfritt. MBR-piloten har också använts för att mäta växthusgasutsläpp samt utsläpp av klorerade föroreningar i vatten och gasform, test av en membranförbättrande flux- enhancer, och för att visa hur MBR kan underlätta återanvändning av renat avloppsvatten. Rapporten avslutas med diskussion om hantering av uttjänta membran, nyttan av pilotförsök samt framtida utvecklingspotential och utmaningar för MBR-tekniken. Rapportens innehåll och resultat presenteras i korthet i början av rapporten.

Henriksdals reningsverk i Stockholm byggs nu ut och om för ökad kapacitet (från 0,8 till 1,6 miljoner PE) och för förbättrad reningsgrad (6 mg TN/l, 0,20 mg TP/L, 5 mg BOD7/l). Projektet inkluderar uppgradering av den befintliga konventionella aktivslamprocessen till en ny membranbioreaktorprocess (MBR) med mer än 1,6 m2 installerad membranyta.

Det inkluderar även utökad förbehandling och ett nytt steg för primärslamförtjockning. Termofil rötning av tjockt slam (~6 % TS) vid hög organisk belastning och relativt låg uppehållstid kommer ersätta dagens mesofila rötning.

För att öka kunskapen om MBR-teknik i nordiskt klimat har Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) och IVL Svenska Miljöinstitutet genomfört långtidsstudier på en membranprocess i pilotskala på FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk, som ligger i anslutning till Henriksdals reningsverk. MBR-piloten togs i drift 2013 och byggdes om till sin nuvarande utformning under 2016. År 2017 kompletterades MBR-piloten med en slamlinje för att kunna studera olika aspekter av slamrötning.Under 2021 kördes MBR-piloten med ett fast inflöde på 4,1 m3/h, vilket är 37 % högre än det designade medelflödet, med externt tillförskaffad glycerol och internt producerad VFA-kolkälla för efterdenitrifikation.

Aluminium (PAX) användes i stället för trevärt järn (PIX) som komplement till tvåvärt järn (FeSO4) för fosforutfällning. Detta gjordes för att testa driftstrategin för den första MBR-linjen i Henriksdals reningsverk. Medelhalter av kväve och fosfor i utgående vatten var 3,9 mg TN/L respektive 0,07 mg TP/L, vilket innebär att utsläppsvärden uppfylldes även i år. För att uppnå detta krävdes 8,6 g Fe2+/m3 och 0,9 g Al3+/m3.

Under försök med fluxförhöjare tillsattes totalt 17,8 g järn (Fe2++ Fe3+)/m3. Glyceroldosen motsvarade 17,3 g COD/m3, och för användning av internt producerad VFA motsvarande dosen 15,5 g COD/m3. Den något högre förbrukningen av fosforfällningskemikalier jämfört med 2020, 1,29 mol metall per mol avlägsnad fosfor, berodde främst på en lägre bio-P aktivitet under 2021. År 2021 var fosforsläppshastigheten mycket låg under våren, ex. < 1 g PO4-P/kg VSS,h i juni men återhämtade sig under sommaren med t.ex. 5,5 g PO4-P/kg VSS,h i juli, efter att doseringen av skumdämpare stoppades.

Järn- och aluminiumhalten i det aktiva slammet var 6,2 respektive 0,7 %. Genomsnittlig total slamålder under 2021 var 17,2 dagar och luftad medelslamålder var 7 dagar. Nitrifikation var alltid komplett med utgående ammoniumkoncentrationer under 2 mg/L, förutom vecka 25.

Tester med användning av internt producerad VFA som kolkälla visade att den specifika COD-förbrukningen var nästan densamma som för glycerol när man jämförde årsgenomsnittet från 2021 och 2020. Utgående nitrat och total kvävereduktion var liknande under försöket med VFA som resten av året, då glycerol användes.

Liksom tidigare år rengjordes membranen i membrantank 1 (MT1) med oxalsyra och membranen i MT2 med citronsyra. Båda membranen rengjordes också med natriumhypoklorit. Membranen kördes med ett genomsnittligt flux på 21 till 25 L/(m2·h), men med startvecka 25 testades fullskaledesignens maximala nettoflux på 30 L/(m2·h) i piloten under 25 veckor. Netto-TMP varierade mellan 49 och 218 mbar för MT1 och mellan 51 och 146 mbar för MT2. TMP reducerades efter varje återhämtningsrengöring (RC) med hypoklorit, men effekten varade inte länge. 

Permeabiliteten var generellt över 200 L/(m2·h·bar) under hela 2021–2022 för båda membranen. Återhämtningsrengöringar gjordes två gånger med hypoklorit och en gång med syror under 2021. Under 2022 genomfördes en slutlig RC, först med hypoklorit sedan med syror. Den första RC för MT1 resulterade i en tydlig ökning av permeabiliteten efter rengöring. För MT2 var den största ökningen av permeabiliteten resultatet av en citronsyra-MC (en vecka efter hypoklorit-RC).

Följande RC i slutet av 2021 och i mars 2022 hade tydliga men mindre positiva inverkan på permeabiliteten. Före den första RC var permeabiliteten högre för MT1 (rengöras med oxalsyra) jämfört med MT2 (rengöras med citronsyra). Efter de första RC hade båda membranen liknande permeabilitet. Som ett resultat av den tuffa driftstrategin från vecka 25 2021 minskade permeabiliteten ganska snabbt efter RC. MT2 nådde en stabil nivå runt 250-300 L/(m2·h·bar) medan MT1 sjönk ytterligare till som lägst 200 L/(m2·h·bar).

Utsläpp av klorerade föreningar mättes under den slutliga återställningsrengöringen med natriumhypoklorit. Utsläppsprocessen var långsammare än förväntat och generellt sett observerades inga tydliga tecken på dämpning av utsläppen under provtagningens 21 timmar. Även om sammansatta prover på flera timmar under natten inte ger tillräckligt med detaljer, drogs slutsatsen att utsläppen kan vara skadliga under hela RC-processen ur ett exponeringsperspektiv. Exempelvis nådde trikloramin sin topp vid 36 gånger den rekommenderade gränsen, klorgas vid 73 % av korttidsexponeringsgränsen (15 min exponering) och kloroform vid 9 % av den yrkesmässiga exponeringsgränsen (genomsnittlig arbetsdag på 8 timmar).

För att följa upp tidigare mätningar av växthusgaserna lustgas (N2O) och metan (CH4) genomfördes en ny mätkampanj under flera månader i 2021. Generellt sett var utsläppen som observerades 2021 betydligt högre än i tidigare kampanjer och särskilt höga N2O-utsläpp från membrantanken kunde observeras. Någon tydlig orsak kunde inte identifieras men den högre inkommande belastningen med bibehållna reningskrav och ett "bättre" provtagningsupplägg kan delvis vara en förklaring.

I samarbete med Kemira genomfördes tester med en fluxförhöjande produkt (flux enhancer). Ingen uppenbar positiv eller negativ förändring i permeabiliteten på grund av dosering av fluxförhöjare kunde dock identifieras utifrån de kontinuerliga processparametrar som övervakades och vanliga variationer i permeabilitet samt effekten av membranrengöring.

Eftersom skumbildning är ett vanligt fenomen i MBR-anläggningar genomfördes tester med ett skumdämpande medel som doserades i pulser och kontinuerligt till den biologiska behandlingen under perioden med kraftig skumbildning (mars-juni). Även om skumning inte upphörde helt så kunde en god minskning och kontroll av skumning uppnås. En optimal effekt konstaterades vid en kontinuerlig dos på > 10 ppm. Men även om produkten har visat sig ha en positiv effekt på skumning i MBR-piloten, framstår inte en permanent användning i fullskala som ekonomiskt genomförbar på grund av den höga förbrukningen.

Tester med reducerat RAS-flöde från 4×Qin enligt design till 2×Qin syftade till att minska energiförbrukningen. Ett minskat RAS-flöde skulle dock innebära en ökad slamkoncentration i membrantankarna, vilket kan ha negativa effekter på membranets prestanda med mer igensättning, vilket i sin tur kan leda till ökad luftning för membranrengöring och behov av tätare membrantvättar. Projektgruppen kunde dock inte observera några negativa effekter av det minskade RAS-flödet på membranets prestanda.

Under 2021 genomfördes tester med övergång från mesofil till termofil rötning, avvattning av rötslam efter mesofil och termofil rötning, samt termofil rötning vid hög organisk belastning (OLR) och låg hydraulisk uppehållstid (HRT) i slampiloten. Resultat visar att övergången från mesofil till termofil rötning kan ske utan större problem om den organiska belastningen minskades lite vid den mest kritiska temperaturen och att stabil drift uppnåddes efter 10-12 dagar. Att utvärdera avvattningen av mesofilt och termofilt rötat slam var svårare och inga tydliga skillnader kunde observeras. En slutsats var dock att de metoder som användes för att bestämma avvattningsbarhet eller optimal polymerdos inte framstår som tillförlitliga. Försök med hög organisk belastning vid termofil rötning visade att rötkammarens prestanda kunde bibehållas upp till en OLR på cirka 4 kg VS/m3, d och en HRT på 12 d. När belastningen ökades ytterligare och HRT minskade, minskade prestandan vad gäller utrötningsgrad och biogas-/metanproduktion, även om själva reaktordriften fortfarande var stabil.

Den totala resursåtgången i piloten visade att konsumtionen av glycerol var densamma som för den framtida Henriksdalsdesignen, även om kvävebelastningen i piloten var 21 % högre och den genomsnittliga totala kvävekoncentrationen i utgående vatten var med 3,9 mg TN/L lägre än design på 6 mg TN/L. Järn-/metallförbrukningen var också 73 % av den framtida Henriksdalsdesignen, även om fosforbelastningen till piloten var cirka 50 % högre jämfört med designvärden och utgående fosfatkoncentrationerna låg under målkoncentrationen. Detta förklaras främst av EBPR-aktiviteten i pilotprojektet. Dessutom var förbrukningen av rengöringskemikalier lägre än den framtida Henriksdalsdesignen även om inflödet till piloten var 30 % högre än designen.

Denna rapport innehåller tips och råd för pilotförsök. Texten är framtagen inom ramen för Svenska Näringsplattformen och syftet har varit att sammanställa vad som är viktigt att tänka på vid genomförande av tester för växtnäringsåtervinning från avloppsströmmar och vad en testbädd bör erbjuda. Sammanställningen är skriven i generella termer och råden kan anses gälla både för tester av växtnäringsåtervinning från avloppsströmmar men även för andra tester relaterade till kommunalt eller industriellt vatten.

Stockholm’s wastewater treatment plant (WWTP) in is currently retrofitting from a conventional activated sludge process to a new membrane bioreactor (MBR) process. It also includes new treatment steps for sludge handling. Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) and IVL have since 2014 conducted long-term MBR studies in pilot scale at the R&D facility Hammarby Sjöstadsverk. This report present results from the pilot operation during 2020. 

The MBR-pilot was continuously operated at a higher inflow than the design average flow. The average effluent concentration of nitrogen and phosphorus met the effluent requirements of the future WWTP also this year. A low consumption of phosphorus precipitation chemicals could be achieved mainly due to a high Bio-P activity. The pilot showed that glycerol can be a good temporary carbon source at Henriksdal WWTP during startup. 

Like previous years, the membranes in membrane tank 1 (MT1) was cleaned with oxalic acid and the membranes in MT2 with citric acid. Several tests to optimize the chemical consumption for membrane cleaning were performed. Recovery cleanings (RC) of the membranes were performed twice in 2020.

In the sludge pilot, a thermophilic and a mesophilic hydraulic retention time (HRT) crash test showed stable performance down to 4 days HRT. 

The overall resource consumption in the pilot showed that the optimization of phosphorus precipitation and membrane cleaning chemicals resulted in a significantly lower dosing than design values for the future Henriksdal WWTP. 

This report summarises the findings from operations with AQUA-Q’s online real-time water quality monitoring system on the effluent from a pilot Membrane Bioreactor (MBR,) within the co-financed VINNOVA-project entitled Tomorrows Sewage Treatment Plants – A Utility Production Facility (Morgondagens kommunala vattenrening – en produktionsanläggning för nyttigheter). Significant progress has been made during recent years with regard to real-time water quality monitoring systems for monitoring and control of water quality and water treatment operation. This report provides an evaluation of the efficiency of the MBR process at the R&D-facility Hammarby Sjöstadsverk, Stockholm, Sweden. This includes the monitoring of larger contaminants (>0.2mm) in effluent water of the MBR process. Aqua-Q’s early warning system, WQM-100, has monitored the water quality 24/7 during the spring 2014 and the particle/micro-contaminants removal efficiency of the MBR was evaluated. Aqua-Q’s real-time monitoring system detected that one of the membranes (membrane A) of the MBR-process had a constant leakage of micro-contaminants. Periodic variations in the measured micro-contaminants concentration could have been caused by an overload in MBR process and also by a potential filter breakthrough. However, during the test period no significant problems were observed in the MBR-process control. For evaluation and verification of the indication from Aqua-Q’s real-time monitoring system, complete microbiological analyses were performed with an alternative ISO standard method and by a certified environmental laboratory. The results highlight the importance of real time quality monitoring of processes related to human sources of microbiological growth. Therefore, a better understanding and control of water qualities in water treatment processes is cost and resource effective, and reduces microbiological emissions to the environment.  

How we can use nature to restore marine environments before it is too late. Short version of the WEBAP project’s final report (December 2013)

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom ökad belastning, skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet, en mer hållbar slamhantering och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab haft ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2020 och 2021 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts. Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport är fortfarande under genomförande och fortsätter även under 2022.  

Några resultat från 2020/21 års arbete är följande: 

- En simulering av framtida Himmerfjärdsverket 2030 med olika realistiska inflöden där infiltration och snabb avrinning varierats visar att mängden tillskottsvatten i inflödet påverkar reningsverkets miljöpåverkan. Framför allt en förändrad infiltration som ger ett minskat inflöde resulterar i en kraftig minskning av övergödningspotentialen, förbrukning av fossila resurser, klimatpåverkan, försurningspotential och förbrukningen av materialresurser.

- Lutsgasmätningarna i den nya rejektvattenbehandlingen indikerade att 0,3 % av inkommande totalkväve emitterades som lustgas vilket är en total årlig lustgasemission från processen på ca 330 kg N2O/år eller 117,5 ton koldioxidekvivalenter årligen. Dessa emissioner är mycket lägre jämfört med mätningar i den tidigare deammonifikationsprocessen. Vid periodvisa problem i demonprocessen uppgår lustgasemissionerna dock till samma storleksordning som från den tidigare deammonifikationsprocessen.

- Emissionsmätningar i huvudlinjen visade en genomsnittlig N2O-emissionsfaktor på ca 0,42 % (N2O-N/NH4-N-belastning). Vid en delvis hämning av nitrifikationen under mätperioden v41 kunde högre utsläpp av lustgas (1 % N2O-N/NH4-N-belastning) observeras. Vid en mer stabil nitrifikation minskar även lustgasemissioner igen till en emissionsfaktor på <0,4 %.

- Mätningar för att kvantifiera växthusgasemissioner gjordes även i MBR-pilotanläggningen och ett medelvärde för lustgasemissionsfaktorn på ca 0,36 % N2O-N/NH4-N-belastning med ett högsta värde på 1,33 % beräknades. Även om det på grund av saknande data för luftflödet till membrantanken inte går att dra några slutsatser än så tyder dessa initiala mätningar ändå på högre lustgasemissioner från MBR-piloten jämfört med mätningar i IVLs MBR-pilot vid Hammarby Sjöstadsverk samt jämfört med nuvarande reningsprocess vid Himmerfjärdsverket.

- Resultaten för rening av läkemedelsrester och PFAS för de två MBR-GAK-pilotlinjerna visar en fortsatt bra reningseffektivitet även om en förväntat avtagande effekt med ökade antal behandlade bäddvolymer observerades. Ett kolbyte har fortfarande inte behövts och PFOS-reningen sker fortfarande främst i MBR-processen. Medan första pilotlinjen bekräftar principförslaget så visar den andra pilotlinjen och övergripande resultat att signifikanta resurs- och kostnadsbesparingar kan åstadkommas jämfört med konventionell design om resultaten från pilotförsöken läggs som grund för en framtida fullskaleimplementering.

- Olika åtgärder som rekommenderades i en genomförd utredning för att minska skumproblemet i piloten och för att undersöka en möjlig hantering i framtida Himmerfjärdsverket visar ett minskat skumtäcke i piloten. Ifall det beror på en minskad skumbildning eller ett effektivt avdrag av skummet kvarstår dock att utreda.

Utsläpp av lustgas (N2O) utgör en betydande andel av klimatpåverkan från avloppsreningsverk (ARV). Medan de genomsnittliga utsläppen av lustgas från avloppsreningsverk med kväverening bedöms generellt ligga på ca 1,6 % av inkommande kväve förväntas inga lustgasemissioner i avloppsreningsverk utan kväverenande aktivitet. Detta eftersom lustgas bildas via processer som alla ingår i den biologiska kväveavskiljningen i avloppsvattenreningen. Dock kan det förekomma spontan och okontrollerad nitrifikation som kan leda till mycket höga lustgasutsläpp. Relativt ringa lustgasemissioner kan vara betydande för avloppsreningsverkens klimatavtryck eftersom lustgas är en mycket kraftig växthusgas, ca 273 gånger kraftigare än koldioxid. 

Trots den ökande kunskapen om lustgasutsläppens betydelse i avloppsreningsverkens klimatarbete utförs det fortfarande relativt få mätningar av lustgasutsläpp vid svenska ARV. Detta gör att det finns flera kunskapsluckor om och förståelse för lustgasutsläpp för att aktivt kunna vidta åtgärder för att minska dessa utsläpp. En anledning till att få mätningar genomförs är att det i dag inte finns krav på sådana mätningar och inte heller enkla metoder för lustgasmätning tillgängliga för VA-aktörer. 

Projektet har därför syftat till att öka kunskapen om lustgasutsläpp från avloppsrening i kallt klimat, med eller utan kontrollerad nitrifikation. Kallt klimat refererar till avloppsvatten som har minimitemperaturer ner till 4–5 grader. I samarbete med teknikleverantörer har dessutom nya lustgassensorer, anpassat för mätningar vid avloppsreningsverk, testats. För att kunna genomföra projektet med tilldelade medel och för att åstadkomma synergieffekter kopplades projektet till ett pågående pilotprojekt för kväverening i kall klimat vid Fillan avloppsreningsverk i Sundsvall, som även SVU medverkar i. 

Lustgasmätningar vid Fillan ARV som representerar en biologisk reningsprocess i kallt klimat utan kväverening är som förväntat låga. De uppmätta emissionerna uppgick till ca 0,17 % N2O-N/TN trots att en spontan och okontrollerad nitrifikation inte kunde observeras. Även om lustgasemissioner är låga så visar emissionsberäkningar att lustgasavgången ändå inte är försumbar och utgör ett avsevärt bidrag till klimatpåverkan.  

Lustgasmätningar i pilotanläggningen som representerar biologiska reningsprocesser med kväverening i kallt klimat indikerar att emissionerna kan antas vara i samma storleksordning eller högre som vid avloppsreningsverk med kväverening som inte har ett kallt inkommande avloppsvatten som regel. Ingen signifikant skillnad i lustgasemissioner kunde observeras mellan pilotens två linjer, varav den ena linjen värmdes med +4 °C mot referenslinjen. 

Utvärdering av de två nya sensorer från Unisense och Senseair har visat en mycket bra överensstämmelse mellan kalibrerade sensordata och referensmätningarna. Båda sensorer har därför en potential att användas för en kontinuerlig mätning av lustgas i gasfas ifall en kommersiell produktutveckling sker. Resultaten från kalibreringen indikerar dock vikten av en regelbunden kalibrering av sensorerna för att säkerställa korrekta mätningar, så som för sensorer i allmänhet. Kalibreringsmetoden som tillämpades inom projektet bedöms som rimlig men är inte den mest robusta eller noggranna metoden för en fullskaleimplementering.

Även utifrån andra implementeringsaspekter framstår de två testade sensorerna som ett tänkbart alternativ till andra mättekniker. Dock är dessa sensorer ännu inte kommersiellt tillgängliga och kompletterande långtidstester av sensorerna bör genomföras för en utvärdering som även kan ta hänsyn till aspekter relaterat till mätstabilitet och underhållsbehov vid långtidsdrift. 

En annan aspekt som projektet vill lyfta fram är vikten av att korrekta luftflödesmätningar utförs samtidigt som haltmätningarna. Endast en bra haltmätning i kombination med en korrekt luftflödesmätning vid mätpunkten kan ge ett korrekt underlag för emissionsberäkningar. Tyvärr kan det konstateras att enkla, robusta och ekonomiskt överkomliga sensorer för kontinuerlig luftflödesmätning inte finns idag och att det krävs en teknikutveckling även inom detta område.

Hydrotermisk karbonisering (HTC) av avloppsslam har potential att bli en av teknikerna för framtidens slamhantering vid svenska kommunala avloppsreningsverk (ARV).

HTC-tekniken bygger på en process där slammet eller andra substrat behandlas under högt tryck (>20 bar) och under hög temperatur (180-260 °C). HTC-processen genererar hydrokol som kan avvattnas mekaniskt till höga torrhalter (>60 % TS).

Några förväntade fördelar med HTC-tekniken är en mer hållbar återföring av närsalter via det producerade hydrokolet, samt andra positiva effekter som t.ex. mindre växthusgasutsläpp och närsaltläckage till miljön. Samtidigt finns vissa utmaningar, som t.ex. hantering av processvatten, som behöver hanteras och oklarheter kring det hydrokolets egenskaper som behöver utredas.

För att besvara dessa frågeställningar och samla in praktiska erfarenheter från HTC som slamhanteringsalternativ har pilotförsök med både HTC-behandling och våtoxidation av HTC-vatten genomförts. Orötat slam behandlades för att produce¬ra hydrokol och det producerade HTC-vattnet undersöktes vid pilotanläggning Hammarby Sjöstadsverk i bänk- och pilotskaletester för biologisk rening i sido- eller huvudström. 

Med avsikt att studera potential för jordförbättring och näringsegenskaper för hydrokol och slam från Roslagsvattens avloppsreningsverk i Margretelund karakteriserades och testades i odlingsförsök med jord och torv. Även bildningen av koldioxid i jord utvärderades.  I dessa studier jämfördes resultaten även med hydrokol från fyra andra substrat (rötrest från matrester, stallgöd¬sel, bioslam från rening av processvatten från massa/pappersbruk samt rötat blandslam från ARV).  

Projektet har visat att C-Greens OxyPower HTC™ är ett tekniskt möjligt alternativ för att behandla Margretelunds orötade avloppsslam. Olika tester har illustrerat att tekniken kan minska slamvolymen genom en ökning av TS till ca 65 % inte bara för reningsverkets slam utan även för ett antal andra undersökta organiska substrat. Även om HTC-pilotanläggningen inte kunde köras kontinuerligt som en fullskaleanläggning så kunde ändå en processtabilitet visas.

Trots att processen i princip är exoterm och en nettoproduktion av värmeenergi över hela processen kan observeras, så behöver processen högvärdig elenergi för drift. Ett effektivt utnyttjande av överskottsvärmen som produceras blir således en viktig aspekt för att åstadkomma högre resurseffektivitet. C-Greens OxyPower HTC™ är en kompakt process med relativ lite ytbehov och kostnader för processen bedöms domineras av driftkostnader i form av energi och driftpersonal. Tester med biologisk rening av HTC-vattnet som bildas vid HTC-behandling visade att en blandning med endast rejektvatten från slamavvattningen inte är tillräckligt för att åstadkomma en effektiv rening i delströmmen som krävs för att undvika en ökad internbelastning på huvudströmmen. Även om en effektiv reduktion av organiska föroreningar kunde åstadkommas så indikerade både kortidstester i bänkskala och långtidstester i pilotskala en tydlig hämning av nitrifikationen vilket kan tyda på rester av processpåverkande mikroföroreningar.

Även om ingen komplett hämning observerades så visade långtidstester ändå tydligt att en anpassning av mikrobiotan över tid inte kunde observeras. Samtidigt visade kompletterande långtidspilottester med biologisk rening av både HTC-vatten och rejektvatten i huvudströmmen att en effektiv reduktion av både organiska föroreningar uppmätt som COD och ammonium kunde uppnås.

Inga hämmande effekter indikerades vilket beror på den mycket kraftiga utspädningen av hämmande störsubstanser i HTC-vattnet. En återföring till huvudreningen innebär dock en kraftig ökat internbelastning främst med organiska föroreningar och ammonium som kräver extra processvolymer om inte utgående haltnivåer ska överskridas.       

HTC-tekniken utgör således ett intressant alternativ för slamhantering vid svenska kommunala avloppsreningsverk som dock kräver hänsynstagande till anläggningens förutsättningar för att kunna hantera en ökad internbelastning, dagens slamkvalitet för att få en god kvalitet på hydrokolet, och en bra integrering i befintliga processer för att nå ett optimalt resursutnyttjande. 

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom ökad belastning, skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet, en mer hållbar slamhantering och minskad miljöpåverkan från verksamheten.

I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab haft ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2022 har olika aktiviteter inom områdena resursförbrukning, miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts. Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport är fortfarande under genomförande och fortsätter även under 2023.  Några resultat från 2022 års arbete är följande:

Långtidspilottester med teknikkombinationen av Syvabs framtida MBR-process och två parallella 2-stegs filter med granulerat aktivt kol (GAK) för rening av läkemedelsrester och PFAS visar en fortsatt bra reningseffektivitet även om en förväntat avtagande effekt med ökade antal behandlade bäddvolymer observerats. tt kolbyte har fortfarande inte behövts efter ca 2,5 år av drift (vid ca 70 000 behandlade bäddvolymer i de enstaka GAK-filtren). Jämfört med det befintliga principförslaget så visar pilottesterna att signifikanta resurs- och kostnadsbesparingar kan åstadkommas om resultaten från pilotförsöken läggs till grund för en framtida fullskaleimplementering.Utvärderingen av övervaknings- och styrningsmöjligheter av GAK-filtren med hjälp av UVA eller DOC indikerar att en övervakning av reningen baserat på endast dessa parameter inte kommer räcka till.

Pilottester med en kombination av pulveriserat aktivt kol (PAK) och MBR-processen visar en mycket effektiv borttagning av studerade läkemedelsrester med >80 % redan vid en PAK-dos på ca 15 mg/l. Även PFOS renas bort effektivt med en avskiljning >98 %. Jämfört med teknikkombinationen MBR-GAK kan PAK-MBR alternativet ge ytterligare resursbesparingar samtidigt som andra utmaningar som slampåverkan p.g.a. PAK-tillsats behöver beaktas.

En implementering av SIMBA#-processmodellen för MBR-piloten och utvärdering av återkommande nitrifikationshämningar i fullskaleanläggningen med hjälp av dataanalys visar potential för dessa verktyg som möjlig användning i framtiden.

Vid Slottshagen reningsverk gjordes en av de första karteringarna av lustgasemissioner (N2O) från rejektvattenreningen. De första mätningarna genomfördes 2012 och visade på relativt höga utsläpp av lustgas med i genomsnitt 10 % av inkommande kväve, men periodvis väsentlig högre emissioner än så. Därmed kunde det konstateras att processen trots en effektiv kväverening bidrog med en signifikant miljöpåverkan. För att minska den negativa miljöpåverkan genom höga utsläpp av lustgas, som är en 298 gånger starkare växthusgas än koldioxid, utarbetade IVL olika åtgärdsstrategier till Nodra AB som skulle resultera i minskade emissioner både på kort och lång sikt.

Som snabb åtgärd rekommenderades en anpassning av etanoldosering för att minska utsläppen. En uppföljningsmätning visade att lustgasemissionerna hade minskats till i genomsnitt 5 - 6 % av den genomsnittliga kvävebelastningen. Den långsiktiga rekommendationen till Nodra AB var att ställa om reningsprocessen från Satsvis Biologisk Rening (SBR) med konventionell nitrifikation och denitrifikation till 1-stegs deammonifikation vilket innefattar de biologiska processerna nitritation och anammox. Efter avslutad ombyggnad 2017 gjordes en ny mätning 2018 som tyder på signifikant lägre lustgasutsläpp i deammonifikationsprocessen (<1% av kvävebelastningen).

En ytterligare optimering av processen med fokus på pH-styrningen som genomfördes i samarbete med Mälardalens högskola (MDH) och Purac AB resulterade i ännu lägre utsläpp motsvarande <0,2 % av kvävebelastningen. Även om det i det här fallet föreslogs en viss styrningsändring som kortsiktig åtgärd och ombyggnad till en deammonifikation (nitritation/anammox) med MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) som långsiktig åtgärd så kan det finnas fler åtgärdsstrategier än dessa för att minska lustgasavgång. Det viktigaste momentet i en framgångsrik reducering av växthusgasutsläpp är kunskapen om situationen och viljan till förändringar. Nodra AB har varit drivande i dessa frågor och trots överraskande höga lusgasutsläpp som upptäcktes vid karteringen, har de kontinuerligt jobbat med att reducera dessa med hjälp av extern expertis.

Population growth, increasing living standards, but also environmental hazards with global climate change as the most significant are all contributing to an increasing water stress in many parts of the world. While access to fresh water for drinking water is getting more costly due to environmental pollution, uses of drinking water conflicts with water needs for agricultural and industrial use, which are in need of substantial water quantities. The use of reclaimed wastewater for non-potable purposes provides a solution for this. This is not new and has in fact been applied in many regions as the main water management approach. As water scarcity becomes more severe, also the need for more sustainable and holistic approaches to deal with our limited fresh water resources becomes more and more obvious. The traditional one-way water handling approach, with end-of-pipe treatment releasing “clean” effluent water to nature, has to be converted into a society-internal water reuse scheme where different water qualities and water uses are considered as an integral part of the water cycle.

The present report presents activities and results from an international project that aimed at developing and optimizing water treatment processes and systems for sustainable reuse of treated wastewater. The starting point is to combine the sequential batch treatment (SBR, sequencing batch reactors) with different conventional and emerging secondary and tertiary treatment techniques in various combinations, optimized from an overall sustainability perspective. Evaluation and optimization is achieved using life cycle assessment and life cycle cost assessment and their combination.

Den här rapporten finns endast på engelska. Svensk sammanfattning finns i rapporten.

Compilation of what types of pharmaceutical residues and other priority substances that can be found in wastewater, how they affect the recipient, how they can be removed etc.

I denna rapport redovisar projektet SystemLäk - Systemförslag för rening av läkemedelsrester och andra prioriterade svårnedbrytbara ämnen en samlad bild av kunskapsläget kring avancerade reningstekniker för rening av läkemedelsrester och andra prioriterade svårnedbrytbara substanser, även kallade mikroföroreningar.

När ett reningsverk beslutat att implementera kompletterande reningssteg för rening av mikroföroreningar, bör en kartering genomföras, som visar på vilka mikroföroreningar det aktuella reningsverket tar emot. När reningsverket har kännedom om vilka mikroföroreningar som belastar verket bör ett övergripande mål för reningen beslutas, det vill säga, vilka mikroföroreningar som ska renas, och till vilken grad. Vägledning för genomförande av kartering, samt hur dess resultat kan tolkas, presenteras i denna rapport.

Efter beslut om övergripande reningsmål, men innan beslut av slutligt teknikval, bör reningsverkets specifika förutsättningar och begränsningar identifieras. Är anläggningens infrastruktur mer eller mindre lämpad för någon särskild teknik? Finns icke utnyttjade utrymmen eller volymer som kan nyttjas? Vilken reningseffektivitet av mikroföroreningar uppnås i dagsläget? Finns några framtidsplaner för reningsverket som kan påverka teknikvalet? För att bekräfta att potentiella tekniker fungerar bör pilotförsök genomföras vid det specifika reningsverket. Pilottesterna bör inte enbart beakta reningseffektivitet utan även kostnader, resursförbrukning och behov av arbetskraft. Studiebesök vid samt erfarenhetsutbyte med andra reningsverk med samma reningsteknik implementerad rekommenderas.

När det fastställts vilket teknikval som är mest lämpligt vid det specifika reningsverket bör offerter tas in från minst tre olika teknikleverantörer. Offerter samt implementeringsunderlag bör granskas och godkännas av oberoende part. Vid upphandling bör garantier för framgångsrik implementering ingå. Noggrann uppföljning av idrifttagande rekommenderas.

Sjöstadsverket är en unik resurs för att utveckla VA-forskning i Sverige och internationellt. Stockholm Vatten överlåter (1/1 2008) hela försöksanläggningen för fortsatt experimentell verksamhet inom VA-området till en FoU grupp ledd av IVL och KTH. Det primära målet är först att säkerställa kontinuiteten i driften och kostnader för detta ska täckas genom projektstöd från olika intressenter. Tanken är att all verksamhet skall finansierats genom olika projekt.Forskningsinriktningen kommer att beslutas av en FoU styrelse där finansiärerna sitter med. Tre huvudmål för drift av anläggningen har definierats: A. Utveckling och optimering av befintliga metoder och processkonfigurationer för resurseffektiv avloppsvattenrening. B. Utveckling av nya innovativa metoder och processkonfigurationer för förbättrad behandling av vattenfas samt sidoströmmar. C. Testning samt utvärdering av utrustningar för vattenreningsteknik, specifika komponenter och system med fokus på världsmarknaden. Relevanta projektförslag för svensk VA-teknik kan delas upp i åtta huvudområden: 1. Krav på ingående vatten, 2. Optimering av befintliga aeroba och anaeroba processer, 3. Kompletterande rening, 4. Processtyrning samt mätteknik, 5. Behandling av sidoströmmar, 6. Klimateffektiv behandlingsteknik, 7. Biogasproduktion, 8. Nya innovativa tekniker och processer. Från dessa huvudområden prioriterar Svenskt Vatten i samråd med ITT Flygt, NV och övriga FoU-styrelseledamöter vilka konkreta projekt som ska startas upp.

Större delen av de läkemedel och andra mikroföroreningar som används i samhället hamnar i våra avloppsreningsverk. Där bryts en del ner effektivt, men många föroreningar passerar i stort sett opåverkade genom verken. Vid låg utspädning i närrecipienten kan vissa substanser nå så höga halter att man inte kan utesluta effekter på vattenlevande organismer. Kompletterande rening av avloppsvattnet vid avloppsreningsverk kan därför vare ett alternativ för att avlägsna dessa mikroföroreningar. De mest lovande teknikerna för att minska utsläppen av ett brett spektrum av läkemedelssubstanser och andra svårnedbrytbara substanser är behandling med starka oxidationsmedel, främst ozon, adsorption till aktivt kol och en utökad biologisk nedbrytning.

Denna rapport redovisar resultat från fortsatta försök med avskiljning av särskilt läkemedelsrester i avloppsvatten inom projektet SystemLäk, och kompletterar tidigare genomförda försök inom samma projekt. I första hand har 24 olika läkemedel, som ofta förekommer i avloppsvatten och som representerar olika läkemedelsgrupper, analyserats. Tekniker som studerats innefattar: § Granulerat aktivt kol som filtermaterial med biologisk aktivitet - BAF(GAK) § Rening med biokol framställt från bioslam/organiskt substrat - BAK § Användning av pulveriserat aktivt kol i MembranBioReaktor (MBR) -PAK § Oxidation med ozon § Oxidation med klordioxid

Genomförda tester, i kombination med tidigare försök, visar tydligt på att de flesta studerade teknikerna ger ökad avskiljning av de flesta studerade ämnena. I många fall får man en mycket bra effekt med en rimlig insats. Testerna har även lyft fram begränsningar hos de studerade teknikerna: BAF(GAK) - Granulerat aktivt kol som biofilter, BAK – Biokol framställt från bioslam, PAK-MBR – Pulveriserat aktivt kol (PAK) i membranbioreaktor, Resurseffektiv ozonering, Klordioxid (ClO2)

För mer detaljer kring de ämnen som studerats, analysmetoder för dessa, vilken effekt dessa har i recipienten samt till vilken nivå de bör reduceras hänvisas till den första delrapporten i SystemLäk (Baresel m fl., 2015a). För en samlad bedömning av olika reningssystem inklusive miljöpåverkan och kostnader samt vilka av tekniker som rekommenderas hänvisas till slutrapporten i SystemLäk (Baresel m fl., 2017).

Behandling med ozon respektive granulerat aktivt kol (GAC) har jämförts för ytterligare rening av ett redan väl kemiskt och biologiskt behandlat avloppsvatten. Avloppsvattnet togs från försöksanläggningen Hammarby Sjöstadsverk där inkommande vatten till Henriksdalsverket behandlats genom förfällning, fördenitrifikation, nitrifikation och efterdenitrifikation i en MBR i pilotskala. Processen är den som planeras för den kommande utbyggnaden Henriksdalsverket, och ger ett partikelfritt vatten. Reningen i pilotanläggningen är mycket effektiv, men ytterligare avskiljning av en del organiska föreningar kan på sikt komma att krävas. Det gäller särskilt en del läkemedelsrester. Extra steg med ozonbehandling eller aktivt kol är de mest aktuella, och har testats i denna studie i en skala på ca 1 m3/tim. Koncentrationerna av 37 läkemedelsrester och ett antal fenoliska ämnen har analyserats före och efter behandlingarna. Ozon testades i doser mellan 3 och 13 g/m3. 9 av de 18 detekterbara läkemedlen i vattnet från MBR-piloten avlägsnades redan vid 3 g ozon/m3. Efter 5 g/m3 återstod 6 föreningar i mätbar halt, och efter 7 g/m3 endast 3 stycken (atenolol, metoprolol och oxazepam). Efter 13 g/m3 återstod endast oxazepam (18 ng/L). Bland fenolära föreningar avlägsnades triklosan och bisfenol A effektivt vid 7 g ozon/m3. Nonylfenol och oktylfenol var betydligt mer stabila, och halterna halverades bara vid 7 g/m3. 13 g ozon/m3 gav inte mycket bättre effekt. En metod att reglera ozondos efter behov diskuteras. Granulerat aktivt kol (GAC) testades i en anläggning med automatisk backspolning när bädden tenderade att sätta igen. Huvuddelen av analyserna gjordes när ca 6 800 bäddvolymer hade passerat, motsvarande ca 13 m3/kg kol. Avskiljningen avtar normalt med belastningen, men har i tidigare försök visats vara acceptabel åtminstone till 25 000 bäddvolymer eller 50 m3/kg kol. Kontakttiden i bädden (EBCT) tyckts inte påverka avskiljningen i intervallet 10 till 18 minuter. Avskiljningen av läkemedelsrester var generellt bättre med GAC än med 7 g ozon/m3, och för oxazepam även klart bättre än vid 13 g ozon/m3. Oktylfenol och triklosan reducerades bra, men inte nonylfenol och bisfenol A. Nya analyser vid högre belastning krävs dock för att bedöma avskiljningen över kolets hela tekniska livslängd. Kompletterande analyser efter runt 16 700 Empty Bed Volumes (EBV), motsvarande drygt 32 m3/kg kol, tyder dock på en fortsatt bra reningseffektivitet. Reningen med ozon och GAC jämfördes också med reningen vid omvänd osmos (RO) inom en annan aktivitet av projektet. RO var effektivare än både ozon och GAC, men är totalt sett betydligt mer resurskrävande. Avloppsvattnets färg minskade kraftigt med de två metoderna, men allra mest med ozon. Övriga parametrar påverkades mindre, men en ytterligare desinfektion av det redan ganska rena vattnet noterades med båda metoderna. Varje enskilt ämnes gränsvärde gällande möjlig påverkan på recipienten (PNEC) samt det aktuella reningsverkets initiala utspädning i recipienten bör styra reningsgraden. Vid en jämförelse mellan metoderna bör även kostnader (kapital- och driftskostnader) samt totala resursförbrukning tas i beaktan. Även en livscykel analys över den totala miljöpåverkan av dessa metoder bör ingå. Dessa beräkningar är ännu inte slutförda, men ozon blir troligen billigare än GAC vid samma grad av rening.

Sverige har idag en väletablerad och stabil teknik för avloppsvattenrening med god reningsgrad. Samtidigt är återvinningen av näringsämnen låg och processen relativt energikrävande. Konceptet Energi- & Resurshushållnings Anläggning (ERA) som initierades av projektparterna Kalmar kommun och ENVIDAN syftade till att skapa en diskussion kring nya designmål för avloppsvattenrening med visionen att nå en kretsloppsanpassad och energieffektiv hantering av svenskt avloppsvatten för ett uthålligt samhälle. Med hjälp av ett konkret exempel undersöks en intressant möjlighet är att driva en aktivslamanläggning med maximalt slamutbyte och därmed assimilera så mycket som möjligt av vattnets kväve och fosfor i slammet. Fördelen med detta skulle vara att man skulle undvika luftningsenergi för oxidation av ammonium, och utvinna biogas vid rötning av den större slammängden. Samtidigt krävs en extra kolkälla med låg halt av kväve som behöver tillsättas för att ge tillräcklig mängd slam och assimilation. Denna externa kolkälla kan behövas i stora mängder för att skapa de rätta förutsättningar för assimileringen av närsalterna. Dessutom frigörs en stor del av närsalterna vid slamrötning och rejektvattenbehandlingen blir därmed en viktig komponent i upplägget. Avvägningen blir då om en direkt rötning av eventuell extern substrat är att fördra. Under en workshop som arrangerades av Kalmar kommun framkom det en del invändningar mot konceptet bland annat av kända forskare inom vattenreningsteknik som har jobbat med liknade idéer under 70-talet. Samtidigt var man överens om att förutsättningar idag skiljer sig i många avseenden från tidigare studier, och att samhällets fokus på energi- och resurshushållning är mycket mer utpräglat idag. Även hantering av olika avfallstyper som resurs istället för en belastning är mycket mer accepterad idag och nya koncept som leder till ett mer hållbart samhälle är efterfrågade. Man bestämde sig därför att undersöka möjligheten hur diskussionen kring nya designmål kan föras vidare.  I detta samband har en förstudie initierats för att undersöka potentialen för ERA-konceptet, att undersöka invändningarna och som förberedelse för mer djupgående försök att ta idén vidare med en fullskaleimplementering som slutmål. I ett pilotprojekt på FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk har man därför testat en högbelastad aktivslamanläggning där huvuddelen av kväve och fosfor skulle tas upp i slammet genom biologisk assimilation. Rapporten beskriver ERA-konceptet samt innehållet och resultat av förstudien på försöks- och demonstrationsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk. Rapporten ger också en diskussion kring svårigheter och utmaningar med ERA-konceptet. På slutet ges även ett utkast till en eventuell fortsättning av projektet.

In 2015 the municipality of Simrishamn, together with IVL decided to start a project for the design, implementation and evaluation of a full-scale plant for removal of micropollutants such as pharmaceuticals and hormone disturbing substances. This ambition came true within a VINNOVA funded programme, Challenge Driven Innovation and by a decision made by the City council for the investment in a full-scale demonstration plant. As the region, including Simrishamn municipality, have been facing water shortage in recent years, it was decided to also evaluate the possibility to reuse the treated water by infiltration to the ground water. For this, an advanced treatment was added to the existing wastewater treatment plant (WWTP).

The evaluation of the implemented three parallel advanced treatment systems consisting of only activated carbon (GAC), ozonation combined with sand filter, and ozonation combined with activated carbon clearly shows an added removal effect for pharmaceuticals but also other pollutants.

Evaluation of the reusability of the treated water also showed positive results. The removal of pharmaceuticals, endocrine disrupting substances and antibiotics was almost 100 % and indicates that the water could be reused, e.g. by recharging to the groundwater.

Mellan 2020 och 2023 har Vivab i samarbete med IVL Svenska Miljöinstitutet genomfört en förstudie om avancerad rening vid Getteröverket i Varberg. Förstudien genomfördes med bidrag från Naturvårdsverket i två olika etapper. Den första etappen omfattade en påverkansanalys av vattenmiljön, en behovsutredning och initiering av pilottester medan den andra etappen handlade främst om en fortsättning och komplettering av pilottester samt framtagandet av beslutsunderlag. Denna rapport redovisar etapp nummer två och kompletterar redan utfört arbete från etapp ett. Den första rapporten som avser etapp ett skickades till Naturvårdsverket i slutet av 2021.

Syftet med den förstudien var att utreda förutsättningarna för en fullskaleinstallation av lämplig teknik för rening av organiska mikroföroreningar såsom läkemedelsrester vid Getteröverket. Målet med studien var att ge ett väl underbyggt underlag för aktuella beslutsfattare för en eventuell implementering av en fullskaleanläggning inom befintligt verksamhetsområde.

För att uppnå ovan nämnda mål genomfördes kompletterande screeningar av organiska mikroföroreningar i föreliggande rapport. Provtagning har genomförts över avloppsreningsverket, potentiella punktkällor uppströms och i mottagande ytvatten som utgör Getteröverkets recipient. De tidigare startade långtidsförsöken från etapp 1 fortsatte under etapp 2. Försöken har utvärderat teknikkombinationen ultrafiltrering och granulerat aktiv kol (UF-GAK) och inkluderade även kompletterande pilottester med teknikkombinationen ozonering efterföljt av GAK (O3-GAK).Resultaten för den genomförda och kompletterande kartläggningen av i) mikroföroreningar över Getteröverket, ii) bidragande källor till inkommande avloppsvatten och iii) olika recipientpunkter, visade tydligt att Getteröverket är den dominerande transportvägen för läkemedelsrester till mottagande recipient inklusive Inre Farehammarsviken, som är ett känsligt och skyddat naturområde. För andra mikroföroreningar såsom PFAS (per- och polyfluorerade alkylsubstanser) och fenoler, finns även andra källor än Getteröverket. Vid undersökningar av lakvattnet från Bösarp deponi, konstaterades att det endast bidrar med en mindre del av den totala PFAS-belastningen till Getteröverket.De genomförda pilottesterna med de olika teknikkombinationerna UF-GAK och O3-GAK visade att en mycket bra reduktion av läkemedelsrester och andra organiska mikroföroreningar kunde åstadkommas.

Långtidsförsöken som pågick i ca 30 månader visade också att reduktionen kan åstadkommas med en signifikant mindre kolförbrukning i UF-GAK-lösningen jämfört med en traditionell design av kolfilter. Principförslaget som inkluderar dimensionering och tekniskt utförande för UF-GAK visar hur en fullskaleimplementering kan utföras. Projektgruppen valde att fokusera på teknikkombinationen UF-GAK i principförslaget, eftersom denna tekniklösning utvärderades under en längre tid och utifrån flera aspekter. En annan anledning till ett ökat fokus för kombinationen UF-GAK, var att den även ger ökade möjligheter för en återanvändning av vatten. För alternativet med O3-GAK gjordes endast en förenklad bedömning av resursbehovet. Utifrån den genomförda kostnadsbedömningen skulle en implementering av avancerad rening med UF-GAK vid Getteröverket generera en specifik reningskostnad på ca 2,3 kr/m3.Utöver analyser av olika organiska mikroföroreningar för pilotprocesserna genomfördes det även ett antal olika aktiviteter såsom aktivitetstester av vattenprover över olika reningssteg, flödescytometri, karakterisering av den mikrobiella sammansättningen i GAK-filter, antibiotikaresistens med mera, vilket återfinns i rapporten.

Different studies have indicated limitations of treatment technologies such as ozone oxidation and active carbon for certain particularly persistent substances in municipal wastewater. Therefore, the use of advanced oxidation treatment using UV light coupled with hydrogen peroxide (UV/H2O2) for the oxidation of pharmaceutical residues in municipal wastewater effluents was investigated.
The conducted tests, comprising both lab-scale and pilot-scale studies, show good removal efficiencies for all pharmaceuticals observed in the effluent of Stockholm’s largest WWTP. A clear dose-response behaviour is observed that can be used for targeting various substances depending on removal target definition.
The cost evaluation of the technique reveals that UV/H2O2 applications may be more cost intensive compared to other technologies, especially ozonation and activated carbon. However, compared to combinations of several technologies such as ozonation and activated carbon or technologies with ultrafiltration, UV/H2O2 applications may be in the same or lower cost range. Based on the project results it is understood that the gap in costs towards other removal techniques is not that wide and that several advantages of the UV/H2O2 technology may favour its application in various cases. For this, further investigations are planned by the project partners.

To evaluate direct greenhouse gas emissions from Membrane Biological Reactor (MBR), measurements of nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) were made at a pilot-scale MBR treating municipal wastewater Measurements were conducted during two campaigns with some changes in processes, i.e. introducing a pre-aeration tank in the second measurement, different distributions of aeration in the treatment line, not the same wastewater inflow rate, two types of ultrafiltration membrane. It was found that about 0.004% and 0.07% of the total ammonium loads were emitted as N2O, CH4 emissions were 0.026% and 0.12% of incoming TOC (0.008% and 0.04% of incoming COD) in 2014 and 2018. The obtained N2O emission values were relatively low.

The study suggested that a high aeration at the beginning of the treatment line may result in significantly high emissions of both N2O and CH4. A significant change in aeration in the membrane ultrafiltration tank did not have the same impact. The MBR process is known for high quality effluent but have been questioned due to its higher carbon footprint due to energy consumption. This study gave a reference case about direct GHG emissions from MBR process and provide information for the further evaluation of MBR processes.

Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) are everywhere around us in society, found in commercial and industrial products, the atmosphere, waste, water (waste, surface, drinking, and ground), soil, plants, animals, and even in our bodies. The use and spread of PFAS is a global societal challenge, affecting even the most remote places on Earth. One of the reasons why PFAS has been an attractive component in many products and industrial applications is their extreme chemical and thermal stability. However, these same properties allow for the persistence of PFAS in the environment, whereby even low PFAS emissions over time can be accumulated and pose a high risk of negative health and environmental effects. Today there are thousands of known and unknown PFAS with widely varying properties and toxicity, which makes both risk assessments and management of this growing environmental problem difficult. According to a national mass balance for PFAS emissions from products and atmospheric deposition are the major sources of PFAS in Sweden.

The amount of PFAS which are environmentally dispersed via wastewater and sewage sludge can be considered a minor part. However, due to the persistence of PFAS, measures to minimize their addition via these pathways may be necessary to reduce the total environmental load. Due to their toxicity and persistence, PFAS have recently become heavily regulated, with many regulatory agencies lowering the accepted PFAS environmental level ranges. Many PFAS have already been banned in Sweden or the EU and assessment grounds or action limits have been defined for various PFAS (e.g., surface water bodies, groundwater and drinking water) to initiate measures to reduce the spread of the substances. Already announced and stricter regulations will further increase the need for measures to minimize human exposure to PFAS and their dispersal in the environment.

Regardless of which measures are implemented, PFAS will remain in the environment for a long time, even if a global ban of the chemicals is implemented. Long-term management of PFAS is thus necessary to removal from the cycle gradually. The focus of mitigation actions should primarily be on heavily contaminated land and landfill leachate. The review of existing data from Swedish wastewater treatment plants WWTP and receiving recipients shows that today’s treatment processes do not remove PFAS. At some WWTP, however, an effective separation of certain PFAS is observed, which should be investigated further. Perfluorooctanoic sulfonic acid (PFOS) levels in many of the investigated inland surface waters receiving effluent from treatment plants and PFAS from other sources/pathways exceed existing limits. In many cases, however, analysis limitations prevent an assessment.

Ongoing activities around various treatment and destruction techniques for PFAS show that there are currently no techniques that achieve a far-reaching PFAS removal from municipal wastewater without significant resource consumption and related costs. For the continued use of sludge as a fertilizer, upstream mitigation is needed, with e.g., disconnection or treatment of PFAS-contaminated leachate. However, several ongoing projects indicate that a certain part of PFAS in wastewater can be removed as a side-effect of advanced treatment for pharmaceutical removal. This report provides guidance to stakeholders on how the PFAS problem can be tackled. It also demonstrates the need to improve and spread PFAS knowledge, particularly those involved with PFAS measurement data, treatment techniques and PFAS in sludge. 

PFAS (Per- och polyfluorerade alkylsubstanser) finns överallt omkring oss i samhället; i produkter, atmosfären, avfall, avloppsvatten, ytvatten, dricksvatten, grundvatten, mark, växter, djur och i våra kroppar. Användning och spridning av PFAS är en global samhällsutmaning och inte ens de mest avlägsna platserna på jorden är längre opåverkade av PFAS-ämnen. En av anledningarna till att PFAS har varit attraktiva i många produkter och industriella applikationer är ämnenas   extrema kemiska och termiska stabilitet. Samma egenskaper skapar dock utmaningar i miljön då persistensen av PFAS medför att även låga utsläpp över tid kan anrikas i olika miljöer med stor risk för negativa hälso- och miljöeffekter. Det finns idag tusentals kända och okända PFAS med väldigt varierande egenskaper och toxicitet, vilket försvårar både en riskbedömning och hantering av detta växande miljöproblem.

En nationell massbalans för PFAS visar att emissioner från produkter och atmosfärisk deposition är de största källorna till PFAS-spridning i miljön i Sverige. De mängder som sprids till miljön via avloppsvatten och avloppsslam kan anses utgöra en mindre del. På grund av PFAS-ämnenas persistens kan dock åtgärder för att minimera tillskottet via dessa spridningsvägar vara aktuellt för att nationellt minska den totala miljöbelastningen.

Med tanke på toxiciteten och persistensen hos PFAS har användningen av kemikalierna reglerats kraftigt under senare tid och vilka halter som anses acceptabla i miljön har sänkts. Många PFAS har redan förbjudits i Sverige eller EU och bedömningsgrunder eller åtgärdsgränser har definierats för olika PFAS i t.ex. ytvattenförekomster, grundvatten och dricksvatten för att initiera åtgärder för att minska spridningen av ämnena. Redan aviserade och kommande strängare regelverk kommer ytterligare öka behovet av åtgärder för att minimera mänsklig exponering av PFAS och deras spridning i miljön. Oavsett vilka åtgärder som genomförs kommer dock PFAS finnas kvar länge i miljön, även vid ett globalt totalförbud. En långsiktig hantering av PFAS är således nödvändig med en successiv avskiljning från kretsloppet. Fokus för avskiljning från kretsloppet bör framförallt ligga på kraftigt förorenade marker och deponilakvatten.Genomgången av befintliga data vid svenska avloppsreningsverk och mottagande recipienter visar tydligt att dagens reningsprocesser inte avskiljer PFAS. Vid några avloppsreningsverk observeras dock en effektiv avskiljning av vissa PFAS vilket bör undersökas vidare. PFOS-halter i mottagande recipienter överskrider i de flesta fall som tillåter en bedömning befintliga gränsvärden. I många andra fall förhindrar brister i analysen en bedömning på grund av för höga rapporteringsgränser.

Pågående aktiviteter kring olika renings- och destruktionstekniker för PFAS visar att det idag inte finns tekniker som åstadkommer en långtgående PFAS-reduktion från kommunalt avloppsvatten utan betydande resursförbrukning och kostnader. För en fortsatt användning av slam som gödsel behöver uppströmsarbete, med bl.a. bortkoppling eller rening av PFAS-förorenat lakvatten intensifieras. Flera pågående pilottester tyder dock på att en viss del av PFAS i avloppsvatten kan renas bort som en synergieffekt om rätt teknik väljs när ett reningsverk kompletteras med avancerad rening för reduktion av läkemedelsrester eller för en cirkulär vattenhantering. Utöver ett kunskapsunderlag ger även denna rapport en vägledning till VA-aktörer för hur PFAS-problematiken kan angripas. Dessutom visar rapporten på ett stort behov av att förbättra och sprida kunskap kring PFAS med framförallt mätdata och kunskap kring reningstekniker och PFAS i slam för att kunna möta PFAS-utmaningen. 

This report is only available in English.

Olika flytande föroreningar påverkar hanteringen av det vatten de befinner sig i. I avloppsreningsverk är det framförallt flytslam som uppstår under olika processförhållanden som innebär problem i driften av de berörda processerna till exempel genom igensättningar och därmed reducerat kapacitet i olika reningssteg. Förutom drifttekniska problem och ökade kostnader för omhändertagandet medför ytföroreningarna även en arbetsmiljöbelastning då föroreningarna vanligtvis behöver tas om hand av driftpersonal i en icke-optimal miljö. Andra vattenrelaterade processer som t.ex. ytvattenreservoarer som används för dricksvattenproduktion och vattentorn för distribution kan också påverkas av ytföroreningar. Under 2013-2015 har Surfcleaner, en teknik utvecklat för framförallt oljesanering, testats och vidareutvecklats för att uppnå en resurseffektiv hantering av flytslamproblematiken. Det långsiktiga syftet är att minska driftstörningar, underhållsbehov, och samtidigt att skapa förutsättningar för att ta till vara slammet som en resurs. Stockholm Vatten AB och IVL Svenska Miljöinstitutet AB har tillsammans med miljöteknikföretaget Inovacor använt sig av både Henriksdal och Bromma reningsverk för att pröva, anpassa och utvärdera tekniken genom användning av befintliga modeller och en ny specifikt framtagen prototyp för flytslam. Tekniken baseras på en separation av slammet från vattenfasen och förutsättning finns därför att kunna tillföra det separerade slammet till den vanliga slambehandlingen (anaerob stabilisering) och därmed tillnyttogöra det som en resurs. Även om olika försvårande omständigheter som t.ex. flytslammets oförutsägbara uppkomst har försvårat testerna så har SurfCleanern, som tekniken kallas, visat sig vara effektiv i att ta upp och separera flytslam. Under projektets gång har även olika andra problem identifierats och alternativa lösningar förslagits och testats i mindre skala. Trots lovande resultat med SurfCleanern framstår en tillämpning i dagens processutformning inte som det mest resurseffektivaste alternativet. Istället föreslås ett annat tekniskt hjälpmedel för att förebygga driftproblem orsakat av flytslam.

Syvab Himmerfjärdsverket i Grödinge som renar omkring 43 Mm3 avloppsvatten årligen är ett av fyra avloppsreningsverk i Stockholmsområdet. Slamhanteringen vid avloppsreningsverk utgör en stor del av verksamheten och en ökad energiutvinning, återföring av viktiga näringsämnen till åkermark utan negativa bieffekter samt en problemfri hantering är några av de utmaningar som behöver bemötas. Dagens situation med osäkerheter med avseende på framtida krav på slamkvalitét, återvinning näringsämnen, m.m. kräver en flexibel slamhantering som kan anpassas till olika tänkbara utvecklingar och som samtidigt ger en resurseffektiv processintegrering med övriga delar av reningsverket. Vid Syvab har därför slamtorkning varit i fokus under flera år. Denna rapport presenterar en kartläggning av slamtorkning som en möjlig del av Syvabs framtida slamhantering; både genom att hjälpa till att bemöta de kända utmaningar som finns i dagens arbete för att kostnadseffektivt minska Syvabs totala miljöpåverkan idag, men även genom att ge den flexibilitet som behövs för anpassning till framtida krav.

Resultaten visar att slamtorkning framstår som en resurseffektiv komplettering till Syvabs process. Bedömningen är att torkningen skulle ge en enklare och flexiblare slamhantering där såväl kunskap från tidigare erfarenheter av torkning som samlats vid anläggningen som delar av existerande infrastruktur kan utnyttjas. Konkret framstår följande aspekter som de mest relevanta:

§ En hygienisering och vikt/volymminskning av slammet skulle åstadkommas men behöver även godkännas för att en slamtorkning skulle vara intressant. § Gödselvärdet av slammet skulle ökas men de totala metall- och fosformängder skulle inte påverkas. § På grund av den minskade slamvolymen/-vikten skulle relaterade transporter minska avsevärt. Transporter till och från slamlagring för hygienisering skulle upphöra helt. § Växthusgasemissioner från slamlagringen och spridning skulle kunna minskas signifikant. § Kväve som vid slamslagring och -spridning skulle emitteras till atmosfären, yt- och/eller grundvatten skulle kunna tas hand om vid reningsverket vilket minskar utsläppen. Den ökade interna kvävebelastningen från torkningen kan tas hand om av den nya rejektvattenbehandlingen. § En optimal integrering av generering av det extra värmebehovet bör kunna ge flera synergieffekter. § Minskade substitutionsvinster p.g.a. minskade volym fordonsbränsle vid användning av biogas för torkning bör kunna balanseras genom en utökning av samrötningen och samordning med övriga anläggningsinterna energiflöden. § Kostnad och återbetalningstid för en slamtorkning är svåra att skatta då dessa beror på värdet av det torkade slammet och biogastillgång och -pris. § En resurseffektiv slamtorkning vid Syvab skulle även kunna ta emot slam från mindre reningsverk i regionen.

Slamhanteringen på kommunala reningsverk står inför förändringar. Tekniska möjligheter att minska till exempel tungmetaller i avloppsslam har nått en gräns där ytterligare steg inte är rimliga. Även i uppströmsarbeten har problem att minska föroreningsnivåer för att klara framtida utsläppskrav för slam uppdagats. Eftersom krav på återvinning av näringsämnen samtidigt blir allt tydligare och intresset för att utnyttja slam som en energiresurs blir allt större, kommer olika andra slambehandlingsmetoder spela en allt viktigare roll i framtiden. De flesta av alternativen för slamhantering kräver ett behandlingssteg där vattenhalten i slammet minskas för att möjliggöra en vidarebehandling av slammet. Detta kan göras med olika metoder såsom gravimetrisk, mekanisk och termisk avvattning vilka presenteras i denna rapport. Möjligheter och potential, men även nackdelar med de olika teknikerna diskuteras. Eftersom vissa slamhanteringsmetoder som till exempel slamförbränning redan nu kan antas spela en viktig roll i framtidens slamhantering, så kommer även slamtorkningen få en viktig roll som ett nödvändigt försteg. Tyskland, som är EUs största slamaktör, samt andra länder, tas upp som ett exempel på hur slamhantering ser ut idag och hur utvecklingen kommer att ske i framtiden. Det är dock viktigt att nämna att Tyskland och andra länder har en egen utvecklad tradition vad gäller slamhanteringen och att den infrastruktur som finns därmed är utgångspunkten för deras vidareutveckling. Sverige har andra förutsättningar och därmed också möjligheter att utveckla egna strategier (Baresel m fl., 2014). Rapportens författare bedömer att det finns en del tekniker för slamavvattning som har en större potential än andra och som samtidigt är kompaktare och kräver mindre resurser för drift. Till dessa kan främst torkningstekniker räknas. Dessutom finns tekniker som än så länge mest finns på ritbordet och som därför är svåra att bedöma med avseende på kostnader och potential. Dessa borde testas i pilotskala för vidareutveckling.

Studien syftar till att beskriva vilka tekniska lösningar och dess effektivitet som finns för rening av avloppsvatten från oönskade ämnen som läkemedelsrester, mikroplaster, PFAS, andra organiska miljöföroreningar, tungmetaller, samt antibiotikaresistenta och andra skadliga mikroorganismer. Undersökningen har ett speciellt fokus på rening av läkemedelsrester och mikroplaster. De tekniker som beskrivs i rapporten är de som bedöms kunna vara tillgängliga att implementera till år 2018. Tekniker som ännu håller på att utvecklas och som inte bedöms vara tillgängliga till år 2018 beskrivs men mer översiktligt. I rapporten görs en samlad bedömning av de olika teknikerna med avseende på ett flertal aspekter så som reningseffektivitet, kostnad, miljöpåverkan, arbetsmiljörisker, energi- och råvaruåtgång, mm.

Som effektiv rening avses här ett avlägsnande av föroreningar eller effekter från avloppsvatten så att utgående avloppsvatten till recipient helt saknar eller har en signifikant lägre halt av föroreningar eller effekter. Det bör noteras att fokus för bedömningen härvid ligger på just vattenfasen. En reningsprocess behöver dock inte innebära att en förorening bryts ner till ofarliga beståndsdelar utan föroreningen kan också övergå från t.ex. vattenfas till slamfas eller brytas ned till metaboliter, som i sig kan vara definierade som föroreningar. Rapporten försöker att redovisa alla dessa aspekter för genomgångna reningstekniker.

Studien visar att kostnader för olika tekniker och anläggningsstorlekar varierar signifikant både mellan olika tekniker och olika reningsverksstorlekar. Olika teknikkombinationer tas upp och dess för- och nackdelar diskuteras. Studien poängterar att det är viktigt att välja reningsteknik utifrån målsättning och lokala förutsättningar, då varje reningsverk är unikt. Är målsättningen en effektiv rening av läkemedelsrester (>90%) genom ett kompletterande reningssteg som slutbehandling rekommenderas en kombination av ozonering och BAF med granulerat aktivt kol (GAK) som filtermaterial. Den totala miljöpåverkan för de olika teknikerna/-kombinationerna som behandlats i denna studie begränsas till framförallt energi- och kemikalieförbrukning men även risker för bildning av nya, eventuellt toxiska föreningar från reningsteknikerna behandlas.

This report is only available in Swedish. English summary is available in the report.

Projektets huvudsakliga syfte har varit att utveckla och testa en metod för syresättning av djupvatten i Östersjön genom nedpumpning av syrerikt ytvatten med hjälp av vågdrivna syrepumpar. Inom projektet har två olika pilotanläggningar tagits fram, byggts och varit i drift mellan 2010 och 2013. En vågdriven pump (WEBAP I) testades under 2 år i Hanöbukten utanför Simrishamn och en elektrisk pump (WEBAP II) placerades i Kanholmsfjärden i Stockholms skärgård. Förutom tester for att undersöka den vågdrivna pumpens effektivitet och framtida utformning så har även effekterna av syresättning på omgivande vattens syre- och fosforkoncentrationer studerats under projektet. Med hjälp av modeller studerades uppskalning av tekniken samt beräkningar av åtgärdens klimatavtryck (carbon footprint) med hjälp av förenklad livscykelanalysmetodik (LCA). Projektet har tagit fram olika tekniska alternativ av syrepumpar för olika behov. Den vågdrivna syrepumpen använder sig direkt av vågorna som energi- och syreresurs vilket har flera fördelar, bland annat en enkel och robust konstruktion samt lokalt tillförd energi genom att vågor nyttjas. Den eldrivna pumpen är en nyutveckling som möjliggör att pumpning kan drivas av vind- och solenergi eftersom effektförbrukningen i pumpen är låg. De två testade systemen visade sig kunna pumpa ner stora mängder ytvatten, men ytterligare förbättringar och utveckling krävs för långsiktigt störningsfri funktion. Rapporten ger en del förslag till sådan utveckling.   

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. 

Rapporten redovisar resultaten från en förstudie för läkemedelsrening i Ullareds avloppsreningsverk med ozonoxidation. Gekås handelscentrum står för den mest betydande del av belastningen till reningsverket vilket innebär en särskild sammansättning av inkommande avloppsvatten. Dessutom tillhör recipienten (Högvadsån) till ett av regeringens godkända Natura 2000-områden vilket motiverar för att Naturvårdsverket har bidragit med finansiering till projektet.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet, en mer hållbar slamhantering och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL och Syvab haft ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2019 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts. Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport är fortfarande under genomförande och fortsätter även under 2020.

Några aktiviteter från 2019 års arbete som presenteras är:
• Utvärdering av olika slamtorkningstekniker.
• Modeller för att generera realistiska inflödesscenarier och simulera drift av framtida processlösning.
• Mätningar av lustgasemissioner från rejektvattenrening.
• Sammanställning av tidigare utredningar och försök kring rening av läkemedelsrester i avloppsvatten.
• En förstudie av kombinationen pulveriserat aktivt kol (PAK) och MBR-processen.
• Tester med produktion av biokol från torkat slam.
• Undersökning av mikroföroreningar vid högflöde.
• Produktion av intern kolkälla till reningsprocessen från organiska restprodukter.

Under 2020 - 2022 har Syvab med hjälp av medel från Naturvårdsverket och i samverkan med IVL Svenska Miljöinstitutet genomfört en utvärdering av teknikkombinationen pulveriserat aktivt kol med MembranBioReaktor, d.v.s. PAK-MBR avseende för rening av mikroföroreningar. IVL har bidragit med att etablera och drifta pilotanläggningen. Teknikkombinationen har tidigare diskuterats som en potentiell avancerad reningsteknik, framförallt för rening av läkemedelsrester från avloppsvatten, men brist på kunskap och erfarenheter om tekniken har varit ett hinder för att betrakta tekniken som ett tänkbart alternativ vid svenska avloppsreningsverk (ARV).

Etableringen av PAK-MBR-pilotanläggningen vid Hammarby Sjöstadsverk kunde avslutas under 2021, trots stora utmaningar med bl.a. förseningar orsakat av coronapandemin. Pilotanläggningen bestod av två identiska MBR-pilotlinjer. För en pilotlinje doserades det även in PAK. PAK-dosering till membrantanken gjordes med fyra olika PAK-doser (5-25 mg/L) inklusive en kontroll, och utvärderades för avskiljning av primärt olika organiska mikroföroreningar där bl.a. högfluorerade ämnen (PFAS) också ingick. Utöver de utvalda organiska mikroföroreningarna undersöktes även reningsgrad för hormonstörande effekter, bakterier och antibiotikaresistenta bakterier. Försöken med MBR och MBR-PAK hade två syften: dels att på ett generellt plan undersöka hur väl organiska mikroföroreningar avskiljs av teknikkombinationen PAK-MBR, dels att undersöka vid vilken PAK-dos som ledde till högst reningsgrad av de utvalda mikroföroreningarna.

Resultaten visade att en mycket effektiv borttagning av de studerade läkemedelsrester erhölls med >80 % redan vid en PAK-dos på ca 15 mg/L. Även hormonstörande effekter avlägsnades markant vid 2 av 3 undersökta PAK-doser och i det tredje fallet var en lägre reningsgrad sannolikt förknippat med högre inkommande halter av östradiol till PAK-MBR-processen. PFOS (perfluorooktansyra, ett högfluorerat ämne), kunde renas bort mycket effektivt med en avskiljning >98 % med hjälp av teknikkombinationen PAK-MBR. För den andra pilotlinjen, där PAK inte doserades till membrantanken (referenslinjen), avskildes PFOS också mycket effektivt (>90 %). Någon avskiljning av andra högfluorerade ämnen (PFAS), som för denna rapport utvärderas med summaparametern PFAS11, var inte lika tydlig för någon av pilotlinjerna. Däremot visade pilotlinjen PAK-MBR en något bättre reningseffekt jämfört med referenslinjen utan PAK-tillsats.    

För bedömning av miljöpåverkan och kostnader jämfördes framför allt PAK-MBR med en annan teknikkombination bestående av MBR-GAK. Den senare teknikkombinationen testas för närvarande i pilotskala av Syvab och IVL och under 2019 tog Ramboll fram ett principförslag av denna teknikkombination. I jämförelsen bedömdes det att resursförbrukningen och kostnaderna var avsevärt mindre för PAK-MBR jämfört med MBR-GAK, vilket bl.a. kan förklaras med att inga extra processvolymer behövs och att endast en PAK-lagring och -dosering krävs för PAK-MBR processen. Från pilottesterna framgick det dessutom att en mindre, eller en nästan jämförbar mängd aktivt kol som i MBR-GAK-alternativet behövdes. I jämförelse med andra tekniker, möjliggör PAK-MBR en belastningsstyrd (flödesstyrd) resursförbrukning. Detta kan innebära en framtida användning av biobaserat aktivt kol där exempelvis biokol kan tillverkas från avloppsslam och andra substrat. PAK ger också en positiv effekt på slamavvattningen och på rötningen, vilket kan ge ytterligare resursbesparingar.

Sammanfattningsvis framstår teknikkombinationen PAK-MBR som den mest resurseffektiva avancerade reningsteknik för de reningsverk som redan har en befintlig MBR-process. Förutom att investeringskostnader kan hållas på en låg nivå, uppnår teknikkombinationen med PAK-MBR en mycket bred reningseffekt för många olika typer av mikroföroreningar. Med bred reningseffekt menas samtliga studerade parametrar, dvs. att en effektiv och delvis komplett rening av hormonstörande effekter, mikroplaster, PFOS, bakterier och antibiotikaresistenta bakterier också erhölls. Utöver dessa nämnda parametrar visade MBR-tekniken också att den kunde åstadkomma den mest effektiva reningen av vanliga föroreningar såsom närsalter, partiklar och biologiskt nedbrytbart material.

Potentiella nackdelar med tekniken såsom överföring av mikroföroreningar till slamfasen behöver inte nödvändigtvis utgöra ett hinder för en framtida teknikimplementering. Istället, och för en möjlig reduktion av organiska mikroföroreningar, kan en ökad ackumulering av många organiska mikroföroreningar i slammet fasa ut återrecirkuleringen av dessa föroreningar till samhället och miljön. Framgent rekommenderas fler kompletterande tester med PAK-MBR-tekniken för att utforska potentialen av tekniken, hur den bäst styrs och övervakas och för att identifiera möjliga synergier med MBR-processen. Vi vill också betona att kompletterande tester även kan leda till upptäckten av andra eventuella bieffekter som ännu inte har identifierats.

The paper provides an investigation and understanding of the significance of various wastewater flows on microplastics retainment and emission to the environment. WWTPs and sewer overflows as an important pathway of microplastics to the environment are assessed by considering the removal of microplastics in WWTPs with different treatment processes and several sewer overflow types and their contribution to microplastic loads to recipients. On the example of the Baltic Sea basin, presented results indicate a considerable discharge of microplastic from WWTPs despite the relatively good overall removal efficiency. Results show that the discharge of microplastics from sewer overflows can be in the same magnitude as from treated wastewater although the total flow is much lower than that of treated wastewater. Sewer overflow events frequently occur and are expected to increase due to climate change and urbanization, unless infrastructure is adapted. At the same time, sewer overflows are often neglected in conventional wastewater handling.

Många läkemedelsrester och andra prioriterade substanser passerar igenom dagens avloppsreningsverk (ARV) och hamnar antingen i slammet eller i recipienten, ibland i nivåer som kan påverka vattenlevande organismer. Substanser som släpps ut via avlopps-reningsverk kan också anrikas i den akvatiska näringskedjan och orsaka effekter i högre organismer såsom fiskätande fåglar eller däggdjur, inklusive människor. Studier har också visat att antibiotika som hamnar i miljön kan bidra till uppkomsten av antibiotikaresistenta gener i bakterier, vilket är ett allvarligt globalt hot mot möjligheten att bota livshotande sjukdomar.

Eftersom nuvarande vattenreningstekniker har utvecklats främst för att avlägsna partikulärt material samt kväve och fosfor är de oftast inte anpassade för att rena bort mikrobiellt stabila kemiska föroreningar. Utvärderingar av effektiviteten hos olika behandlingstekniker för avlägsnande av sådana ämnen baseras vanligtvis på analyser av förekomst av ett ämne i inkommande och utgående vatten från reningsverket. Det finns dock problem med detta tillvägagångssätt eftersom vissa ämnen metaboliseras till potentiellt mer skadliga substanser, som då inte automatiskt fångas i analysen. Dessutom kan vissa ämnen spontant bildas i reningsverken, vilket kan resultera i högre nivåer i utgående än i inkommande vatten. Ett ytterligare problem är att de utgående koncentrationerna ibland kan vara lägre än detektions-gränserna, men trots det ändå vara högre än eller nära etablerade risknivåer.

This report is only available in Swedish.

Pharmaceutical residues and other emerging substances pass through modern sewage treatment plants (STPs) and end up in the receiving waters and sludge. In several studies, recipient concentrations have been detected with expected effects on aquatic organisms. Chemicals released via STPs may also enter the aquatic food-web and cause effects in higher organisms such as fish-eating birds or mammals including humans. Studies have also shown that antibiotics in the environment may contribute to the increase of antibiotic resistant genes in bacteria, which is a serious threat to our possibility to cure life-threatening diseases on the global scale. Current STP treatment technologies are usually not fit to remove microbial stable chemical pollutants and the evaluation of the removal efficiency of the STP systems applied today, is not complete. The evaluation of the removal efficiency of the substances in the STP systems is usually based on chemical analysis of the presence of certain substances in influent and effluent waters. However, there are difficulties associated with this approach, e.g. since some substances are metabolized into potentially more harmful substances which are not captured in the analysis unless they are actively sought for. Furthermore, some substances are formed in the STPs, resulting in higher levels in effluents than in influents. In addition, effluent concentrations may sometimes be lower than the analytical detection limits, yet still higher than or close to established risk concentrations emphasizing the need for developments of the analytical methods.

The settling of sludge is one of the most crucial parameter in the operation of wastewater treatment plants (WWTP). Not only is the whole purification process affected by sludge settling both prior and after the biological treatment step but also the quality of the final effluent, the operation of further treatment units and the whole line of sludge handling. Especially, controlling sedimentation characteristics of the sludge in the post-sedimentation can be named as one of the most important parameters for WWTP operation. Here accurate measurements of sludge levels can be utilised for effective and optimal treatment control. This report provides an evaluation of an optical sludge blanket meter. This includes its performance in measuring and control of sludge levels in WWTP and the potential for better treatment control. The Cerlic CBX has been tested in both laboratory and pilot-scale and at a WWTP. The conclusion is that it can provide automatic and reliable measurements of the sludge blanket. The Cerlic CBX can be used as supplied but it also provides extensive configuration options for demanding applications. The ability to measure actual suspended solid concentrations at various depths reduces the need for compensations or interpretation as necessary when using indirect measurements. The application of the optical sludge blanket meter should therefore facilitate a better control of WWTP operation and buffer variations in incoming sewage flows and loads. It can further provide a continuous process monitoring and thus increase the robustness and reliability of the treatment process. The control of the sludge content in the biological stage, detection of operations problems such as disturbances due to storm water events etc. can be detected more easily. The report further includes other potential advantages for WWTP operation using sludge level measurement sensors like the Cerlic CBX.

Several municipal wastewater treatment plants (WWTPs) in Stockholm, Sweden, will within the near future face both an increased load due to a growing population as well as more stringent effluent quality requirements. The latter mainly regarding nutrients due to Sweden‘s commitment to the Baltic Sea Action Plan and the implementation of the European water framework directive (WFD). In addition, removal of emerging substances such as pharmaceutical residues, micro plastics and antibiotic resistance are gaining more attention since WWTP effluent is the most or one of the most significant sources of such loads to the environment [1-4]. Pharmaceutical residues and other emerging substances are generally not efficiently removed in conventional WWTPs [5]. The WFD has defined a list of prioritized substances including pesticides, biocides, flameretardants and metals [6], which already today require monitoring and treatment. Several other substances, including some pharmaceuticals, are on the ‘watch list’ of emerging pollutants that may be placed on the WFD priority list. Requirements for additional treatment, in larger WWTPs, for the reduction of some pharmaceutical residues and other micropollutants (MP) could thus be expected, also in other countries than Switzerland, where such a regulation is already in place. The potential negative effects on aquatic organisms, the aquatic food-web and higher organisms, as well as the risk of increased numbers of antibiotic resistant genes in bacteria, all present a threat to our environment, health and society [7-9]. Another increasing concern for wastewater treatment are emissions of greenhouse gases (GHGs). At WWTPs, special attention is given to nitrous oxide (N2O), which is a highly potent GHG (298 times more potent than carbon dioxide (CO2 ) [10]). At incomplete nitrification and denitrification N2O can be emitted, which may cause a significant negative overall environmental impact of the treatment process [11,12]. Even though regulations may earliest come in place in some years from now, many WWTPs actively work on reducing GHG emissions from wastewater treatment processes. Besides the requirements to increase capacity, improve treatment efficiency and reduce GHG emissions, many WWTPs also face the problem that they cannot expand spatially as they are located in densely populated areas or underground.

New solutions for space-efficient, high-capacity and flexible municipal wastewater treatment processes are thus required. Stockholm Water and Waste Company (Stockholm Vatten och Avfall), Sweden’s largest water service organization, is directly facing the above problems of space limitation, increased capacity need and stricter effluent requirements at the Henriksdal WWTP in Stockholm. As a result, the existing conventional activated sludge process (CAS) will be converted to a Membrane Bioreactor (MBR), doubling the capacity by using existing process volumes only. The new process will be the world’s largest MBR facility with a capacity of 1.6 million PE (predicted load year 2040).

MBRs combine the biological activated sludge process with membrane separation, which provide distinct advantages over the CAS. Advantages include a significantly better effluent (permeate) quality regarding particles, disinfection capabilities due to the membrane pore size, higher volumetric loading due to higher sludge concentrations in the biology, reduced footprint and process flexibility towards influent changes. Even the treatment of MP may be more efficient using MBRs compared to traditional treatment systems. This is partly explained by the fact that MP attached to particles can effectively be removed by filtration whereas dissolved MP can be degraded more effectively because of the higher biological activity in a MBR process. In addition, a more efficient polishing treatment compared to CAS can be achieved [11,13-18]. Drawbacks of the process are the high energy use for aeration and the use of cleaning chemicals in the filtration step to curb fouling and scaling on the membrane surface, which reduces the permeability of the membranes.

MBRs have been used for a number of decades but only in the last decade, MBRs gained more attention for the treatment of both municipal and industrial wastewater. This is mainly due to a significant cost reduction of membranes and process development decreasing energy requirements [19-23].

The aim of this research work is to investigate the MBR technology concerning the overall holism and resource efficiency towards some of the most central treatment aspects including nutrient removal, removal of micropollutants and minimizing of GHG emissions. Through actual pilotscale experiments, the paper describes the performance of the studied system under various test periods defined to meet present and future requirements of the growing region of Stockholm, Sweden.

Svenska avloppsreningsverk står inför nya utmaningar i samband med anpassningen till ett mer hållbart och cirkulärt samhälle. Detta gäller även slamhanteringen. Inte minst på grund av de ökade kraven på lägre restkoncentrationer av olika föroreningar i slammet och försiktighetsprincipen blir dock en direkt slamspridning på åkermark en allt större utmaning. Hantering av restprodukter, lukt och utsläpp av växthusgaser är andra utmaningar som kräver en modifierad slamhantering.

Hydrotermisk karbonisering (HTC) av avloppsslam har potential att bli en av teknikerna för framtidens slamhantering som även kan ge en förenklad slamhantering vid reningsverk. HTC-tekniken skulle kunna ge en hållbar återvinning av närsalter och medföra andra positiva effekter som t.ex. mindre växthusgasutsläpp. Idag saknas dock data och praktiska erfarenheter för detta slamhanteringsalternativ vid svenska reningsverk.

Pilotprojektet vid Margretelunds reningsverk i Åkersberga syftar att undersöka om den förslagna systemlösningen med HTC-teknik kombinerat med våtoxidation av HTC-vatten kan utgöra ett hållbart alternativ för framtidens slamhantering vid svenska reningsverk. Rapporten beskriver nuläget vid Margretelunds reningsverk och den tänkta implementering av framtidens slamhantering samt vilka kritiska aspekter som projektet identifierat i dagens slamhantering och som ska undersökas i projektet.   

HTC-processen kommer förutom HTC-biokol även att generera ett HTC-vatten som bl.a. innehåller föroreningar som annars skulle ha släpps ut till miljön vid slamspridning. För att undersöka vilken teknik som kan åstadkomma en resurseffektiv rening av detta filtrat, ska olika pilotreningssteg sättas upp vid FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk som matas med filtratet som produceras vid HTC-piloten och rejektvatten från Margretelund reningsverk.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab påbörjat ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2017 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts.

Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport kommer att fortsätta och nya aktiviteter för 2018 innefattar bland annat direkta mätningar av växthusgasemissioner, vidare arbete med en effektiv slamhantering, utvärdering av alternativ kolkälla samt utvärdering av pilottester med MBR.

Syvab Himmerfjärdsverket i Grödinge som renar omkring 43 Mm3 avloppsvatten årligen är ett av fyra avloppsreningsverk i Stockholmsområdet. Avloppsreningsverk kan utgöra en signifikant källa för växthusgasutsläpp i form av direkta metan- och lustgasemissioner, samt indirekta emissioner genom en hög energi- och kemikalieanvändning. Vid Syvab har därför kvantifieringen och minimering av utsläpp av växthusgaser från reningsprocesser och slamhanteringen varit ett fokus under flera år. Denna rapport presenterar en kartläggning av klimatpåverkan från Syvab Himmerfjärdsverket baserat på både mätkampanjer och olika scenarier som beskriver inverkan av olika processändringar samt de aktiva val som Syvab redan har gjort i sitt arbete för att uppnå minskad klimatpåverkan. Vidare så inkluderas ett antal framtidsscenarier och rekommendationer som stöd åt Syvabs fortsatta arbete mot ett klimatneutral eller-positiv avloppsreningsverk.

Resultaten visar att lustgasutsläpp från avloppsvattenreningen och biogasläckage vid slamhanteringen och uppgraderingen i dagsläget utgör de dominerande orsakerna till klimatpåverkan. Produktion av fordonsbränsle ger dock en kraftig reduktion av klimatpåverkan genom substitution av fossila drivmedel. Flera åtgärder som Syvab vidtagit och som inkluderar bl.a. inköp av endast grön el och en uppgraderingsteknik som ger ett lägre biogasläckage än andra tekniker har gett en positiv effekt på anläggningens klimatpåverkan. Beräkningarna visar att anläggningens klimatpåverkan är lägre jämfört med andra reningsverk och jämfört med andra emissionskällor från samhället. Detta gäller framförallt när emissionerna räknas per faktiskt anslutna personer vilket anses motiverat då en beräkning av BOD-pe inte tar hänsyn till BOD-påverkan av inloppstunneln.

Utifrån scenarioanalyser rekommenderas ett antal potentiella åtgärder för att minska den totala klimatpåverkan ännu mer och för att uppnå en klimatneutral verksamhet. Framförallt bör direkta emissioner från reningen minskas genom en bättre övervakning vilket skulle ge en bättre förståelse och möjlighet till anpassad styrning av processen. Även processändringar av både huvudreningen och rejektvattenreningen förväntas minska de direkta emissionerna. En ändrad slambehandling, en utökad samrötning och förbättringar i transporterna till och från reningsverket kan samtliga bidra till ytterligare förbättringar.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab påbörjat ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2016 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts.

I en scenarioutvärdering av kol-fotavtrycket för Himmerfjärdsverket har klimatpåverkan från reningsverket kartlagts och inverkan av olika processändringar utvärderats. Resultaten har visat att de dominerande källorna till klimatpåverkan är direkta utsläpp av lustgas från avloppsvattenreningen och av metan vid slamhantering. Scenarioanalysen har visat att åtgärder som vidtagits har givit en positiv effekt och att det med processoptimeringar och ökad samrötning skulle vara möjligt att nå en klimatneutral verksamhet. Rekommenderade fortsatta åtgärder riktas huvudsakligen mot de direkta emissionerna från processerna genom bättre övervakning, styrning och processändringar.

Slamtorkning som komplettering till nuvarande slamhantering har utvärderats och bedömts som en potentiellt resurseffektiv lösning. Fördelar med torkning av slammet är att slammets volym och vikt minskar vilket minskar transportarbetet avsevärt, emissioner av växthusgaser vid lagring och spridning av slam kan minskas och gödselvärdet i slammet ökas. Innan tillämpning i full skala kan bli aktuellt kvarstår dock att torkning godkänns som hygieniseringsmetod för slam.

Eftersom slutanvändning av slam har stor betydelse i nuläget och för arbetet med alternativa slamhanteringsmetoder har en kartering av slamsammansättningen genomförts. Flera slamprover analyserades av olika externa laboratorier för fosfor, metaller och läkemedelsrester. Resultaten visade en stor spridning av uppmätta koncentrationer vilket illustrerar vilken svår matris slam är att analysera. Resultaten visar också att valet av analysföretag skulle kunna påverka om kravet för kvoten mellan kadmium och fosfor klaras eller inte. Även svårigheten att analysera läkemedelsrester i slam har visats genom karteringen.

Som ytterligare ett led i arbetet mot en effektivare slamhantering har det gjorts en vidareutveckling av det substratverktyg som 2015 utvecklades i samarbete mellan Syvab och IVL. Verktyget har gjorts mer användarvänligt och kan användas både för uppföljning och prognostisering av metallhalter och gaspotential vid mottagande av olika externa substrat till rötningen.

Även verksamhetens totala miljöpåverkan har kartlagts för driften av nuvarande och framtida anläggning. Den totala miljöpåverkan från processen minskas i framtidsscenariet, främst på grund av dagens höga miljöpåverkan, vilken blir tydlig vid jämförelse mot andra reningsverk som utvärderats med samma metodik. Huvudanledningen till dagens höga miljöpåverkan är en hög kemikalieförbrukning, där metanol som extern kolkälla till efterdenitrifikationen står för ett mycket stort bidrag. Himmerfjärdsverket står inför en ombyggnation för att möta skärpta utsläppskrav. Med syfte att kunna testa scenarier och ändringar inför ombyggnationen, under ombyggnationen och efter driftsättning av den nya vattenreningslinjen har en dynamisk processmodell tagits fram. Detta arbete är i ett tidigt skede, men resultat från körningarna med modellen har visat att den framtida processen uppnår utsläppskravet på kväve utan behov av extern kolkälla.

För att kvantifiera eventuella besparingar vid lägre rötningstemperaturer gjordes fullskaleförsök med rötning vid olika mesofila temperaturer. Resultaten indikerar att det för Syvabs nuvarande process ger en försumbar effekt att variera temperaturen, dock ses en potential till nettobesparing/-vinst om Syvabs uppvärmningslösning kan förbättras.

Fullskaleförsök gjordes även med ökad belastning på en rötkammare för att studera hur metanproduktionen påverkas vid temporärt behov att stänga ner en eller flera rötkammare för underhåll eller vid substratöverskott. Med 50 % högre OLR jämfört med referensen minskade gasutbytet per kg VS med 5 %. Från fullskaleförsöken konstaterades att både temperaturvariationer och ökad belastning kunde nås utan indikationer på process- eller driftstörningar.

Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport kommer att fortsätta och nya aktiviteter för 2017 innefattar bland annat direkta emissioner av växthusgaser, vidare arbete med en effektiv slamhantering, utvärdering av alternativ kolkälla samt utvärdering av pilottester med MBR.

Vid tre av de största avloppsreningsverken i Sundsvall kommun har IVL genomfört en förstudie med syftet att utreda förutsättningar för en fullskaleinstallation för rening av läkemedelsrester från avloppsvatten. Förstudien visade att det framför allt var hormoner som utgjorde den största risken för negativ påverkan på vattenförekomsten. Eftersom Sundsvall kommun har planer för en framtida utbyggnad med kväverening vid Fillan ARV, föddes en tanke om huruvida en sådan utbyggnad även skulle kunna bidra till att hormonhalterna i utgående avloppsvatten minskar till icke-detekterbara nivåer.

Detta mot bakgrund av att minskade hormonhalter observerats vid avloppsreningsverk med kväverening i södra Sverige. Om motsvarande minskning av utgående hormonhalter skulle observeras vid en utbyggd kväverening i Sundsvall kommun, skulle detta leda till att de observerade miljöriskerna i recipienten eliminerades.Med ekonomiskt stöd från Naturvårdsverket, och med hjälp av en befintlig pilotanläggning för studier av kväverening i kalla klimat via rörliga biofilmsreaktorer med bärare (MBBR), genomfördes under åren 2021 och 2023 en kompletterande förstudie vars resultat presenteras i denna rapport. Projektet har fokuserat på rening av hormoner och hormonstörande effekter vid implementering av kväverening i kalla klimat. Det övergripande målet har varit att öka kunskapen om kväverening och nedbrytning av hormoner vid låga temperaturer och att identifiera kunskapsluckor.

Denna kunskap ska stödja planering och implementering av reningsprocesser vid höga hormonhalter i avloppsvatten i kalla klimat.Föreliggande rapport sammanställer dels kunskap om rening av hormoner och hormonstörande ämnen vid avloppsreningsverk utifrån i huvudsak en svensk kontext, dels resultat från genomförda pilottester vid Fillan ARV i Sundsvall. Genomgående under projektperioden observerades att kväve kunde reduceras med mer än 70 % i genomsnitt. Veckovisa analyser av hormoner och hormonstörande effekter, samt månadsvisa analyser av läkemedelsrester, visade däremot på en stor variation av inkommande halter och reningrader.

En genomgående, och förväntad trend, var att halterna av östrogena effekter följde detekterade halter av både östron och östradiol. Halten av etinylöstradiol, däremot, detekterades inte i något av de analyserade proverna under hela projektperioden. Vid de tillfällen där reduktionsgraden av hormonerna var närmare 80 %, var det fortfarande höga halter av hormoner i utgående avloppsvatten, vilket bland annat kunde förklaras med höga inkommande halter. Inga tydliga samband mellan höga reduktionshalter av hormoner och kväve eller andra processrelaterade aspekter kunde observeras. Detta resultat indikerar att reduktion av hormoner och kväverening i huvudsak utförs av skilda grupper av mikroorganismer. En högre reduktion av hormoner kunde däremot observeras i filtrerade prover relativt ofiltrerade, något som delvis kan förklara den låga hormonreduktion efter MBBR-processen som vid dessa försök saknade en partikelavskiljning. 

Sammanfattningsvis kan det konstateras att hypotesen kring att kväverening effektivt kan rena bort hormoner i kalla klimat med en MBBR-teknik inte kan bekräftas vid de betingelser som utvärderats i denna rapport. Det kunde inte heller bekräftas när temperaturen ökade med 4 °C i processen eftersom ingen signifikant påverkan på reningsgraden för varken hormoner, hormonstörande effekter eller läkemedelsrester kunde observeras. Utifrån data från denna rapport kan det därför konstateras att vid anläggningar i norra Sverige, där höga hormonhalter utgör huvudproblemet avseende påverkan på recipient, kan en avancerad rening för att ta bort hormoner och deras effekter behövas, åtminstone i de fall där biofilmsprocesser såsom MBBR implementeras. 

Här rapporteras om ett långtidsförsök med aktivt kol i kolonner/bäddar för att bestämma avskiljning och kolets kapacitet. Kolfiltret sattes in som ett extra polersteg efter den normala reningen vid Henriksdals avloppsreningsverk i Stockholm. Försöken genomfördes under 19 månader 2011-2012 vid försöksanläggningen Hammarby Sjöstadsverk. Avskiljningen av analyserade läkemedelssubstanser var generellt mycket bra. Vid en belastning motsvarande 50 m3 vatten/kg kol (20 g kol/m3 vatten) passerade 5-10 % av vissa föreningar den första kolonnen. Även vid över 70 m3/kg kol i första kolonnen kunde man inte påvisa kvantifierbara mängder ut från kolonn 2. Det största problemet för teknisk drift var den begränsade hydrauliska kapaciteten, till stor del beroende på mikrobiell tillväxt i kolonnerna. Kolet måste regelbundet rensas genom backspolning med luft och vatten. Baserat på förbrukningen av kol och andras beräkningar av totalkostnaden inklusive investeringar kommer man fram till en totalkostnad för reningen med aktivt kol kring 1 kr/m3 vatten i ett sort avloppsreningsverk. Det är högre än för ozonbehandling, men lägre än för andra metoder med samma effektivitet. Vid en bedömning av olika metoder bör också andra faktorer än de rent ekonomiska vägas in. Fortsatta studier av hydraulisk kapacitet, nödvändig uppehållstid och avskiljning av andra organiska föreningar föreslås, och har delvis påbörjats.

In the LIFE+ project ITEST, Increased Total Efficiency in Sewage Treatment, a technical solution for efficient and improved nitrogen removal from municipal wastewater was demonstrated. This technical solution, which is based on operating the sewage treatment plant (STP) at a temperature of about 20°C even during periods with a cold inflow using waste heat, has been tested in pilot scale at Hammarby Sjöstadsverk i Stockholm. In this report, the results and evaluation of the demonstration period of the technology, performed at Hammarby Sjöstadsverk, Stockholm is presented. The results show that the nitrogen removal increased in a treatment line operated at 20°C in comparison to the removal efficiency in a parallel line with fluctuating temperature, thus achieving lower output concentrations. The need for aeration was reduced, but on the other hand increased use of electrical power was needed to overcome the pressure drop in the heat exchanger. Among other parameters, choice of heat exchanger influences the life cycle assessment of the process.