IVL Swedish Environmental Research Institute

Rapporten går igenom det som en processingenjör behöverveta om lustgasmätning på ett avloppsreningsverk: analysteknik, mätmetoder, provtagningsmetoder och beräkning avemissioner.

Den avslutas med en vägledning som ger råd och rekommendationer. Det gäller att förstå de utmaningar och begränsningar som finns vid lustgasmätning för att kunnata hänsyn till osäkerheter bland annat när mätresultatenska användas som underlag för att förbättra reningsverketsklimatprestanda.

Lustgas är en kraftig växthusgas som släpps ut från avloppsreningsverken bland annatvid lagring av slam och vid biologisk kväverening. Svenskt Vatten har satt som mål att VA-branschen ska vara klimatneutral år 2030. Därför är det viktigt att lokalisera och kvantifiera utsläpp av lustgas för att kunna vidta åtgärder och optimera förhållandena i de kvävereningsprocesser där inkommande ammonium i vattenfasen övergår till kvävgas som avgår till luften. Kvävereningsprocesserna är komplexa och utförs av flera olika mikroorganismer.

Lustgasemissioner sker på olika ställen i processerna och är svåra att undvika. För att kunna minska utsläppen av lustgas måste man förstå när och var lustgasproduktionen är störst och hur den sker. Dessa lustgaskällor kan endast hittas genom mätning och dataanalys.

Projektet har sammanställt kunskap om olika mätmetoder för lustgasmätning och hur dessa och olika fysiska förhållanden i samband med lustgasmätning påverkar mätdata och hur de utvärderas.

Rapporten går igenom de mättekniker för lustgas som finns i dag för gas- respektivevattenfas. För gasform används gaskromatografi, optiska tekniker och amperometriska (elektrokemiska) tekniker. Gasen samlas in med huv över bassängytor eller via ventilationen.

Gasen kan också mätas direkt i atmosfären med mikrometeorologiska metoder som till exempel satellitmätning eller CRDS som är en form av laserabsorptionsspektroskopi. I denna studie genomfördes en serie av lustgasmätningar på olika reningsprocesser. Samtliga mätningar gjordes med huvmätningar på Henriksdals reningsverk i Stockholm och Himmerfjärdens reningsverk strax söder om Södertälje.

Mätningarna utfördes medolika typer av huvar (aktiva, semiaktiva och passiva) och olika storlekar på huvarna. De utförda mätningarna täcker reningsverk utomhus och inne i bergrum, rening av huvudström och rejektvatten, samt ventilationssystem. I rapportens sista avsnitt finns en rekommenderad arbetsgång.

Först definieras syftet med mätningen. Syftet kan till exempel vara att beräkna totala utsläpp, identifierapunktutsläpp eller att optimera processen. När syftet är definierat väljer man hur, var, när och hur länge man ska mäta. Man identifierar de krav som ställs på mätningarna och vilka kompletterande data som behövs. När mätningarna är gjorda är det dags att utvärdera, beräkna och göra en osäkerhetsanalys. Sista steget är rapport, beslut och åtgärd för att optimera processen.

The report goes through what a process engineer needs to know about nitrous oxidemeasurement at a wastewater treatment plant: analysis technology, measurement methods,sampling methods and calculation of emissions. It concludes with guidance givingadvice and recommendations. It is important to understand the challenges and limitationsthat exist in nitrous oxide measurement in order to be able to take uncertaintiesinto account, for example when the measurement results are to be used as a basis forimproving the treatment plant’s climate performance.Nitrous oxide is a powerful greenhouse gas that is emitted from wastewater treatmentplants, among other things, during the storage of sludge and during biological nitrogenpurification. Svenskt Vatten has set the goal that the wastewater industry should beclimate neutral by 2030. Therefore, it is important to locate and quantify emissions ofnitrous oxide to be able to take measures and optimize the conditions in the nitrogenpurification processes where incoming ammonium in the water phase turns into nitrogengas that is released into the air.The nitrogen removal processes are complex and are carried out by several differentmicroorganisms. Nitrous oxide emissions occur at various points in the processes andare difficult to avoid. To reduce emissions of nitrous oxide, one must understand whenand where nitrous oxide production is greatest and how it occurs. These nitrous oxidesources can only be found through measurement and data analysis. The project hascompiled knowledge about different measurement methods for nitrous oxide measurementand how these and different physical conditions in connection with nitrous oxidemeasurement affect measurement data and how they are evaluated.The report goes through the measuring techniques for nitrous oxide that are availabletoday for gas and water phases. For gaseous form, gas chromatography, optical techniquesand amperometric (electrochemical) techniques are used. The gas is collectedwith hoods over basin surfaces or via the ventilation. The gas can also be measureddirectly in the atmosphere with micrometeorological methods such as satellite measurementor CRDS, which is a form of laser absorption spectroscopy.In this study, a series of nitrous oxide measurements was carried out on differentnitrogen removal processes. All measurements were made with hood measurements atthe Henriksdal treatment plant in Stockholm and the Himmerfjärden treatment plant,south of Södertälje. The measurements were carried out with different types of hoods(active, semi-active and passive) and different sizes of the hoods. The measurementscarried out cover nitrogen removal plants outdoors and inside rock rooms, main streamand reject water treatment, as well as measurements in ventilation systems.In the last section of the report recommendations are found. First, the purpose ofthe measurement must be defined. The purpose can be, for example, to calculate totalemissions, identify point emissions or to optimize the process. Once the purpose isdefined, you choose how, where, when and for how long time to measure. The requirementson the measurements and which supplementary data are needed must thereafterbe identified. When the measurements are done, it is time to evaluate, calculate and doan uncertainty analysis. The final step is to report, take decisions and/or to take actionto optimize the process.