IVL Swedish Environmental Research Institute

Arbetet i FIRA har primärt syftat till att underlätta införande av funktionsförsäljning inom vattenreningssektorn, som av många anses konservativ. Kommunal och industriell avloppsvattenrening är mycket komplexa processer som ofta består av både biologiska och kemiska delprocesser. På grund av att kunskaperna om de olika delprocesserna vanligtvis finns hos olika leverantörer är ansvarsfördelningen ofta splittrad och den totala bilden för att optimera processerna, både ekonomiskt och ur hållbarhetssynpunkt, saknas. Med funktionsförsäljning inom avloppsvattenrening skapas drivkrafter och möjligheter till betydande effektiviseringar genom processoptimering ur ett helhetsperspektiv, ofta genom att optimera kemi och biologi i förhållande till varandra. Detta skulle stärka konkurrenskraften hos svenska företag inom området och ge en betydligt effektivare process med minskad miljöbelastning. För att bereda väg för funktionsförsäljningskonceptet i FIRA inom vattenreningssektorn och därmed skapa en effektivare process med minskad miljöbelastning, har projektet fokuserat på tre olika områden: ' Funktionsupphandling. Bearbetning och utveckling av dagens befintliga anbudsförfrågningar för funktionsentreprenad. ' Metodutveckling. Målet var att ta fram lättimplementerade metoder som snabbt möjliggör en effektivare process med minskad miljöbelastning. ' Kunskaps- och informationsspridning. I FIRA medverkar deltagare från högskola, forskningsinstitut, leverantörer och slutanvändare, vilket ger den kompetens och bredd som krävs för lyckade resultat. Resultatmässigt har FIRA kommit längre än vad man initialt kunnat hoppas på. Det beror delvis på att resultaten inte forcerats på leverantörer, reningsverk och entreprenörer utan stötts och blötts, vilket inneburit att våra samarbetspartners och informationsmottagare funnit mycket större acceptans för funktionsförsäljningen då de själva känt sig delaktiga i processen. Främst beror det dock på att FIRA-projektet hamnat i en intressant period i svensk VA-historia, dvs under den tiden då Åre kommuns upphandling av VA-entreprenad genomfördes. Denna upphandling innebär att projektresultaten blev än mer verklighetsförankrade eftersom en av FIRAs projektdeltagare, AKVAB/Kemira, var högst delaktig i offereringen och alla de rättsliga turer som omgav upphandlingen. En sammanfattning av de praktikfall gällande funktionsförsäljning/funktionsentreprenad som har varit involverade i FIRA genom AKVAB/Kemira har lett till följande slutsatser. ' När det gäller entreprenadisering av Svensk kommunal VA-verksamhet är erfarenheten liten hos entreprenörer och beställare. Det finns ingen hjälp att få för att driva en sådan process. För de som ändå provar på så är det stora problemet att jämföra inkomna anbud och se om dessa anbud verkligen innehåller det man tänkt sig att köpa. ' Ett annat mer övergripande problem är oviljan att konkurrensutsätta Svensk kommunal VA-verksamhet från politiskt håll. ' Det verkar råda en osäkerhet mellan privatisering inkluderande taxesättning kontra entreprenadsförfarande som handlar om drift av kommunala anläggningar där kommunen fortsättningsvis sätter taxorna. Något annat är i Sverige omöjligt att utföra på grund av de lagar vi har. Med dessa slutsatser som bakgrund och genom diskussion med våra Europeiska grannländer, där majoriteten har större erfarenhet av entreprenadupphandlingar, har projektet tagit fram konkreta förslag för hur funktionsupphandlingen skall underlättas och förbättras för kommun och entreprenadföretag inom VA-sektorn. Funktionskonceptets metoder för styrning visade på att stora besparingar på energi (upp till 50%) och kemikalier (ca 30%) kunde erhållas. Informations- och resultatsspridning har genomsyrat projektet vilket bland annat har lett till att: ' Svenskt Vatten utreder funktionskonceptet ur upphandlingssynpunkt. ' Branschaktiva kemikalietillverkare, optimeringsföretag och instrumenttillverkare vill utnyttja FIRAs funktionsförsäljningskoncept för att differentiera sig mot övriga konkurrenter. ' Kemiras/IVLs befintliga kursprogram inom vattenreningsteknik har kompletterats med funktionsförsäljning. Idag har ca 80 kommuner tagit del av dessa kurser och inom två år beräknas 80-85% av alla Sveriges kommuner utbildats

Henriksdal wastewater treatment plant in Stockholm is currently being extended and rebuilt for increased capacity and enhanced treatment efficiency. The new process configuration at the Henriksdal WWTP has been designed for a capacity of 1.6 million population equivalents which is about twice as much as today. The reconstruction will include retrofitting of the existing conventional activated sludge tanks with a new membrane bioreactor process containing 1.6 million m2 of membrane area.

To increase the knowledge on membrane technology for wastewater treatment in Nordic conditions, long-term MBR pilot scale studies are conducted, since 2013, at the R&D facility Hammarby Sjöstadsverk in Stockholm.

Results from previous years have verified that the process is able to treat a hydraulic load equivalent to the design load, and a nutrient load greater than the design load, to effluent concentrations below the future discharge limits. In addition, the function and resilience of the membrane design have been verified.

During 2019, a large focus was put on digester transition from mesophilic to thermophilic condition, increased efficiency in membrane operation, membrane cleaning, phosphorus removal, testing of external carbon sources, reducing HRT in the digester and mapping of micro pollutants in the system.

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.

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.

Många läkemedelsrester och andra prioriterade föroreningar passerar igenom avloppsreningsverk (ARV) och hamnar i recipienten och slam, ibland i nivåer som kan påverka vattenlevande organismer. Kemikalier som släpps ut via avloppsreningsverk 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 hot mot vår möjlighet att bota livshotande sjukdomar på den globala skalan. Eftersom nuvarande behandlingstekniker har utvecklats främst för att avlägsna partikulärt material samt kväve och fosfor är de inte alltid anpassade för att rena bort mikrobiellt stabila kemiska föroreningar. Utvärderingen av effektiviteten av olika behandlingstekniker för avlägsnande av sådana ämnen baseras vanligtvis på analyser av förekomst av ett ämne i inkommande och utgående vatten. Det finns dock problem med detta tillvägagångssätt eftersom vissa ämnen metaboliseras till potentiellt mer skadliga substanser som inte automatiskt fångas i analysen. Dessutom kan vissa ämnen bildas i reningsverken, vilket kan resultera i högre nivåer i utgående än i inkommande vatten. Dessutom kan de utgående koncentrationerna ibland vara lägre än detektionsgränserna, men trots det ändå vara högre än eller nära etablerade riskkoncentrationer. This report is only available in English, but the popuar version B2226-P is written in Swedish.

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.

This report is only available in English.

Denna studie har syftat till att ta fram ett underlag som delvis beskriver dagvattensituationen i Borlänge. Tre typer av markanvändningsområden har studerats genom att dagvattnet från dessa ytor provtagits under knappt ett år med hjälp av flödesproportionella samlingsprovtagare. De olika områdena som undersöktes var ett bostadsområde för flerfamiljshus, en parkeringsyta samt ett delavsnitt av Riksväg 70. Resultatet från undersökningen visar att halterna som uppmättes i dagvattnet var högst vid Riksväg 70 för de allra flesta analyserade parametrarna. Halterna i dagvattnet från parkeringsytan var lägre än vägens men generellt sett något högre än de uppmätta värdena i dagvattnet från bostadsområdet. Funktionen för en dagvattendamm har också studerats. Resultatet från undersökningarna vid dammen visar sett över hela perioden att denna inte fungerat med avseende på sedimenteringsegenskaper då de partiklar som kommer in till dammen övervägande är så pass små och finfördelade att de inte sedimenterar utan håller sig svävande i vattenfasen oavsett inflödets storlek. Av de kemiska analyserna framgick också att det som kommer in till dammen också går ut i samma utsträckning. De kemiska parametrar som analyserats i studien har valts utifrån de schablonparametrar som ofta används i dagvattensammanhang för att möjliggöra en jämförelse mellan mätta och beräknade halter. Försök att spåra källor till analyserade metaller i dagvattnet, en så kallad receptormodellering, har också ingått i studien.

Within the project Stockholm’s Framtida Avloppsrening (SFA, Stockholm’s future wastewater treatment), Henriksdal wastewater treatment plant (WWTP) in Stockholm, Sweden, is being extended and rebuilt for increased capacity and enhanced treatment efficiency. The new process configuration at the Henriksdal WWTP has been designed for a capacity of 1.6 million population equivalents (PE) which is about twice as much as today. The design maximum flow of the biological treatment is 10 m3/s which is equivalent to 850 MLD. In addition, the treatment process has been designed to reach low nutrient concentrations in the effluent (5 mg BOD7/L, 6 mg TN/L and 0.2 mg TP/L). The extension of the plant will include new primary treatment, new primary settlers and a new treatment step for thickening of primary and waste activated sludge. The reconstruction will include retrofitting of the existing conventional activated sludge (CAS) tanks with a new membrane bioreactor (MBR) process containing 1.6 million m2 of membrane area. Digestion of thick sludge will be done at thermophilic conditions instead of mesophilic digestion of thin sludge.

To increase the knowledge on membrane technology for wastewater treatment in Nordic conditions, Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) decided in 2013 to conduct long-term pilot scale studies at the R&D facility Hammarby Sjöstadsverk, located on the premises of the Henriksdal WWTP. In 2017 it was decided to supplement the MBR pilot with a sludge treatment line in order to study the future digestion process. The pilot scale studies are carried out in cooperation with IVL Swedish Environmental Research Institute. This report presents the results from year 2017 (project year 4) of the pilot scale studies.

During 2017, a large focus was put on optimising the phosphorus removal, to verify the process design of the future Henriksdal WWTP in order to comply with the future effluent requirement of TP < 0.2 mg/L. The control for dosing of the precipitation chemicals was fine-tuned and the set-point for effluent phosphorus was lowered during the year. It was shown that the future effluent requirement can be accomplished, even though more chemical addition was needed compared to when operating at current effluent requirement.

Optimisation of resource consumption related to the membrane operation has also been in the spotlight during 2017. Trials to reduce the amount of scouring air used in the membrane tanks and the amount of chemicals used for membrane cleaning have been performed as well as a trial to increase the time period between recovery cleaning events. Even though these trials were not finished by the end of 2017, and will continue in 2018, indications show that there are large potential savings in both chemical and energy use when operating the membrane tanks, without risking any decrease in membrane capacity.

In order to study any possible differences in cleaning effect and membrane performance, the acid used for cleaning one of the membrane tanks (MT1), was changed, in early 2017, from citric to oxalic acid, whereas the other membrane tank (MT2) was continuously cleaned with citric acid. The results showed that the effect of cleaning with oxalic acid was at least as good as when cleaning with citric acid. Since oxalic acid is cheaper than citric acid, there is a large economic saving potential in switching to oxalic acid. Also, high phosphorus concentration peaks detected in the effluent in connection to citric acid cleaning events, was not detected in connection to oxalic acid cleaning events.

The installation of the sludge treatment line (including sludge thickening, anaerobic digestion and sludge dewatering) continued throughout the year and in September the process was started up through seeding of sludge from the Henriksdal WWTP to the anaerobic digester. By the end of 2017, the process was still in a start-up phase and a more detailed follow-up will be carried out in 2018.

A two-year long study on mapping of micro pollutants through the treatment process, such as pharmaceutical residues, micro plastics, bacteria, PFAS and chloro-organic halogens was started during autumn 2017 and the results of the first sampling campaign (out of a total of four planned campaigns, study is ending in 2019) is presented in this report. It shows that several substances are reduced in the process, but some have higher concentrations in the effluent compared to the influent, which might indicate that some substances are re-formed in the process. Further conclusions will be drawn once results from the following sampling campaigns are retrieved (in 2019).

Inom projektet Stockholms framtida avloppsrening (SFA) byggs Henriksdals reningsverk om och ut för att klara en fördubblad kapacitet och ökade reningskrav. I detta ingår att installera världens största membranbioreaktor (MBR). MBR är en relativt väl beprövad teknik inom både industriell och kommunal avloppsrening men införandet i Henriksdal innebär en rad utmaningar för vilka tekniska och driftsmässiga lösningar utvecklas och testas i ett pilotprojekt på forskningsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk.

I den här delrapporten redovisas projektår 3 av det fleråriga pilotförsöksprojektet med membranbiorening av kommunalt avloppsvatten som genomförs gemensamt av Stockholm Vatten och Avfall och IVL Svenska Miljöinstitutet AB. Pilotförsöken genomförs på forskningsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk. Syftet med pilotförsöken är att få information om och erfarenhet av att införa membranteknik och den processlösning för den biologiska reningen som är tänkt för Henriksdals reningsverk inom projektet Stockholms framtida avloppsrening. Processen kombinerar en aktivslamprocess med membranfiltrering för att uppnå en högre reningsgrad och driftsäkerhet.

Inför försöksår 3 byggdes pilotanläggningen om, och membranen byttes ut från flat sheet till hollow fibre. Ett stort fokus under början av försöksår 3 (april-juli) har därför legat på uppstart av den nya pilotanläggningen. Under senare delen av försöksår 3 (augusti-december) har ett större fokus legat på bland annat förbehandling, fosforrening och membranrengöring. Slutsatserna för försöksår 3 hittar du i rapporten.

This report presents work performed during 2018, within the long-term pilot trials of municipal wastewater treatment with MBR, including sludge treatment. The trials are performed at the R&D facility Hammarby Sjöstadsverk in Stockholm.

There is a growing interest for municipal wastewater treatment with membrane technology in Sweden. The advantages of membrane technology are a high effluent quality with very low concentrations of organics, nutrients and particles.  At the same time, the spatial footprint of the technology is much smaller compared to other systems. The main disadvantage is higher power consumption due to air use for membrane scouring and large recirculation flows due to pumping energy. Stockholm Water Company (Stockholm Vatten VA AB) has decided to implement membrane separation in existing volumes at the Henriksdal wastewater treatment plant (Henriksdal WWTP) to meet stricter effluent requirements and increased loads due to the shutdown of Bromma WWTP and combined with a general population growth. Tests with a membrane bioreactor (MBR) have been carried out for one year at the R&D-facility Hammarby Sjöstadsverk where a pilot-scale plant with membrane technology was compared with the conventional Henriksdal WWTP. The loads during the tests were according to predicted loads for Henriksdal WWTP in year 2040. Four different operating conditions were studied in which the inflow of wastewater ranged between: constant mean flow, dynamic mean flow and maximum flow (expected maximum weekly load in year 2040). The following main conclusions were drawn: Targeted effluent qualities of <0.2 mg/L Tot-P and <6 mg/L Tot-N, were possible to achieve at least during one month for all operating conditions. At maximum load a higher dose of both ferrous sulfate and carbon source was allowed. At normal dosage of ferrous sulfate no adverse effect of fouling of the membranes was noted. Further, the consumption of ferrous sulphate, with normal doses applied did not differ from Henriksdal WWTP. Under maximum load conditions, with higher iron sulfate doses, effluent phosphate concentrations of around 0.1 mg/L were achieved. However, there was an indication that the molar ratio between removed phosphorus and iron dosage was decreased at the higher doses. The membranes had a high average permeability and a robust separation of particulate material throughout the test period was achieved. Sludge filterability was analyzed by two methods as part of a master’s thesis, and improved while the tests were going on, and was satisfying considering the methods reference values. The membranes were cleaned with chemicals, oxalic acid and sodium hypochlorite, on five occasions. At one of these occasions the content of organochlorine compounds, AOX, was analyzed in the effluent. AOX increased during the day the cleaning was conducted from 0.03 to 0.6 mg/L. The following day, the levels returned 0.03 mg/L. It was possible to maintain a high level of suspended solids, 4000 -10 000 mg/L in the process throughout the whole study. The total sludge age was high compared to traditional systems, 15-50 days. A comparison between sludge activity; nitrification and denitrification, however, showed that the activity was lower in the MBR-system than in Henriksdal WWTP. At peak ammonium loads, nitrification was observed in the MBR-reactor, which for the system as a whole implied complete nitrification throughout the test period. This report is only availabe in Swedish.

The population exposure to PM2.5 and PM10 in ambient air for the year 2005 has been quantified (annual and daily mean concentrations) and the health and associated economic consequences have been calculated based on these results. The PM10 urban background concentrations are found to be rather low compared to the environmental standard for the annual mean (40 µg/m3) in most of the country. However, in some parts, mainly in southern Sweden, the concentrations were of the same magnitude as the environmental objective (20 µg/m3 as an annual mean) for the year 2010. The majority of people, 90%, were exposed to annual mean concentrations of PM10 less than 20 µg/m3. Less than 1% of the Swedish inhabitants experienced exposure levels of PM10 above 25 µg/m3. The urban background concentrations of PM2.5 were in the same order of magnitude as the environmental objective (12 µg/m3 as an annual mean for the year 2010) in quite a large part of the country. About 50% of the population was exposed to PM2.5 annual mean concentrations less than 10 µg/m3, while less than 2% experienced levels above 15 µg/m3. Using a cut off at 5 µg/m3 of PM10 as the annual mean (roughly excluding natural PM) and source specific ER-functions, we estimate approximately 3 400 premature deaths per year. Together with 1 300 - 1 400 new cases of chronic bronchitis, around 1 400 hospital admissions and some 4.5-5 million RADs, the societal cost for health impacts is estimated at approximately 26 billion SEK per year. For PM2.5 we estimate somewhat lower numbers, approximately 3 100 premature deaths per year. The results suggest that the health effects related to high annual mean levels of PM can be valued to annual socio-economic costs (welfare losses) of ~26 billion Swedish crowns (SEK) during 2005. Approximately 1.4 of these 26 billion SEK consist of productivity losses for society. Furthermore, the amount of working and studying days lost constitutes some ~0.1% of the total amount of working and studying days in Sweden during 2005.

Several wastewater treatment plants (WWTPs) in Sweden will in the near future be given stricter effluent regulations concerning phosphorus, nitro-gen and BOD. Many of these are also expecting an increased load due to a growing population. Implementation of membrane technology (MBR) is a possibility for these plants to both increase their treatment capacity as well as ensuring to comply with the future stricter regulations. Membrane tech-nology is also very space efficient and the capacity of a plant can therefore often be increased without the need of more land.

Since there are no municipal WWTPs with membrane technology in operation in Sweden, it is important to learn from other plants in other countries. With this as a background, the authors of this report visited five MBR WWTPs in the USA, in March 2018. All visited plants where selected to be as similar as possible to Swedish WWTPs concerning cli-mate, effluent regulations and recipient.

The MBR process is generally working well for all visited plants. The operation is stable and they are complying with their effluent regulations. However, there are some common general challenges that several of the visited plants are experiencing. It is difficult to find coating of the mem-brane tanks that is light enough to be lifted but at the same time stable enough to walk on. Corrosion has been noted on equipment handling hypo chlorite, but not if the equipment is made of plastic material. Since the hypo chlorite is degrading with time storage should not exceed one month usage. All visited plants have had problems with foaming in the biological treatment step, but this has been reduced by installing sprinklers containing water or a chlorine solution. For some plants, the power of the crane used to lift membranes had to be increased, since fouled membranes weighed more than initially expected.

The membranes are continously cleaned using hypo chlorite and citric acid, based on a specific cleaning schedule. After some time, the plants ahve adusted the cleaning schedule to their specific needs, and they are all satisfied with the cleaning effect on the membrane capacity. The two plants continously monitoring effluent phosphate have both noted an increase in effluent phosphate concentrations in connection to membrane cleaning with citric acid. This effect has also been noted at the MBR pilot scale treatment line at Hammarby Sjöstadsverk in Stockholm, Sweden (operated by IVL Swedish Environmental Research Institute and Stock-holm Vatten och Avfall).

The main focus at the visited plants is to comply with the effluent require-ments and not much focus is being out on resource and energy effieciency, such as chemical used for phosphorus and nitrogen removal and energy used for aeration in the biological treatment step and in the membrane tanks.

Rapporten sammanställer resultat från tidigare studier inom området kring lustgasemissioner från avloppsreningsverk. Studier utförda i USA, Nederländerna och Finland har använts som underlag. Utifrån sammanställningen kan ett antal generella slutsatser dras gällande hur avloppsreningsverk med biologisk kväverening på bästa sätt kan drivas för att minimera mängden emitterad N2O.De viktigaste slutsatserna är att man bör undvika syrebrist vid nitrifikation, och för mycket syre vid denitrifikation. I bägge fallen anrikas nitrit, och hög halt av nitrit betyder ofta också relativt stor avgång av lustgas. Hög belastning av ammonium kan på samma sätt gynna lustgasbildningen. Snabba växlingar mellan aeroba och anoxiska förhållanden tycks öka lustgasbildningen. Lustgas bildas både under nitrifikation och denitrifikation, men avgången sker främst vid luftning.Olika studier visar att mellan 0 och 2 % av avlägsnat kväve försvinner som lustgas till atmosfären. Spridningen är stor mellan olika typer av reningssystem, och också för samma system under olika belastningar och betingelser. Sambanden bör undersökas vidare.

Recirkulering av näringsämnen från avloppsströmmar tillbaka till odlingsbar mark kräver en systemomställning både vad gäller marknad, infrastruktur, policys och regelverk. Olika aktörer inom värdekedjan, från kunder i matbutiken och lantbrukare, till avloppsreningsverk, teknikleverantörer och beslutsfattande myndigheter, behöver ha någorlunda gemensamma prioriteringar och det krävs konkreta åtgärder för att möjliggöra de omställningar som krävs. I november 2020 genomfördes en workshop på temat Recirkulering av näringsämnen mellan stad och land - vad vill gödselanvändaren ha? På workshopen diskuterades och prioriterades olika faktorer, produktegenskaper och aktiviteter som alla behövs för att möjliggöra en framtida systemomställning. Resultatet av workshopen presenteras i denna rapport.

Many large wastewater treatment plants (LWWTPs) face both an increased load due to population growth and urbanisation as well as more stringent effluent quality requirements. In Stockholm, Sweden, for example, commitment to the Baltic Sea Action Plan (BSAP) and the implementation of the European water framework directive combined with an annual growth rate of 1.5% require actions for efficient municipal wastewater treatment, meeting the new requirements.

As it is difficult, or even impossible, for existing WWTPs surrounded by residential areas to expand physically, new treatment solutions are needed. Among others, Stockholm Water Company (Stockholm Vatten AB) has therefore decided to upgrade the existing Henriksdal WWTP (850 000 pe), currently operating with a conventional activated sludge (CAS) process, to a membrane bioreactor (MBR). By converting current post-sedimentation basins to membrane separation units and by other related adaptations the facility will be able to increase its capacity by almost the double (1 600 000 pe).

Many large wastewater treatment plants (LWWTPs) face both an increased load due to population growth and urbanisationas well as more stringent effluent quality requirements. In Stockholm, Sweden, for example, commitment to the Baltic Sea Action Plan (BSAP) and the implementation of the European water framework directive combined with an annual growth rate of 1.5% require actions for efficient municipal wastewater treatment, meeting the new requirements.

As it is difficult, or even impossible, for existing WWTPs surrounded by residential areas to expand physically, new treatment solutions are needed. Among others, Stockholm Water Company (Stockholm VattenAB) has therefore decided to upgrade the existing HenriksdalWWTP (850 000 pe), currently operating with a conventional activated sludge (CAS) process, to a membrane bioreactor (MBR). By converting current post-sedimentation basins to membrane separation units and by other related adaptations the facility will be able to increase its capacity by almost the double (1 600 000 pe).

En FoI-agenda som främjar ökad cirkulär hantering av näringsämnen med ursprung i avlopp.

I den här delrapporten redovisas projektår 2 av de fleråriga pilotförsök med membranbiorening av kommunalt avloppsvatten. Syftet med pilotförsöken var, och är, att få information om och erfarenhet av att införa membranteknik och den processlösning för den biologiska reningen som är tänkt för Henriksdals reningsverk inom projektet Stockholms framtida avloppsrening. Under försöksår 2 har stort fokus legat på optimering av fosforreningen. Ett antal försök har också genomförts med fokus på kvävereningen, membranrengöring, utsläpp av oönskade föroreningar och slammets sammansättning. Följande slutsatser kunde dras från försöksår 2:

- Fosforrening ner till utgående halter, < 0,2 mg P/L, kan uppnås med stabil drift under längre perioder.

- Membranen är känsliga för överdosering av fällningskemikalie, särskilt om kemikalien doseras i nära anslutning till MBR-tanken. Igensättningen av membran har konstaterats bero på val av fällningskemikalie (dosering av Fe3+ medförde snabbare igensättning än dosering av Fe2+), var i processlinjen den doseras samt i vilken mängd den doseras.

- Den styrstrategi som visade sig mest lämpad för att uppnå önskad fosforrening, utan att riskera kraftig igensättning av membranen, var en konstant flödesproportionell basdos av Fe2+ i luftat förfällningssteg kombinerat med två doser styrda på utgående fosfatkoncentration. I de kompletterande stegen styrs dosering av Fe2+ i aerob zon en utgående fosfatkoncentration på 0,15 mg/L och Fe3+ i anox zon mot en utgående fosfatkoncentration 0,20 mg/L.

- Returslamdeoxzonen (RAS-Deox) är designad på ett korrekt sätt för att allt syre i det syrerika vattnet returslammet från MBR ska hinna förbrukas vid medelflöde.

- Mängden lustgasutsläpp verkar vara generellt låga och lägre jämfört med konventionella aktiv slam-reningslinjer.

- Kvävereningen blir mer effektiv om nitratrecirkulationen går från början av efterdenitrifikationszonen (BR5) istället för i slutet av denna zon (BR6).

- Vid utvärdering av två olika kolkällor visade sig Brenntaplus ha en lägre totalkostnad jämfört med NaAc, trots att större mängder Brenntaplus behövde användas för att uppnå önskad kväverening.

- I samband med CIP har höga halter av AOX noterats i permeatet. Ytterligare analyser av detta kommer att genomföras under försöksår 3.

- Mikrofloran i slammet är ej densamma i linje SSV L1 MBR och i Henriksdals ARV. Båda följer dock en årlig cykel och sammansättningen var vid provtagningens avslut ungefär densamma som vid dess start (ett år tidigare) för både SSV L1 MBR och Henriksdal ARV.

- Vid ”soaking” CIP ökade permeabiliteten kraftigare än efter en normal CIP.

- Lägre pH på oxalsyran i samband med CIP resulterade i en kraftigare ökning av permeabilitet, samt höga halter av utgående järn efter genomförd CIP, jämfört mot en normal CIP.

- CIP på en membranenhet i taget, för att försäkra att båda membranenheterna genomgår likadana reningsprocesser, jämnade ut permeabilitetsskillnanderna i membranen.

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

Description on set-up and results from pilot scale process line with combined activated sludge and MBR treating municipal wastewater.