IVL Swedish Environmental Research Institute

Den här undersökningen är den första i sitt slag där prestandanför använda luftare från svenska avloppsreningsverk har testats.Resultaten visar att både igensättning och åldrande av luftaresker på svenska reningsverk och resulterar i ökad elanvändningför luftning. Samtidigt finns det möjligheter med tillståndsbaseratunderhåll som kan minska den onödiga elanvändningen.Med ökande koldioxidutsläpp och ökande elpriser har energieffektivisering blivit viktigt,inte minst för att uppnå målet om en klimatneutral VA-bransch.

I de kommunalaavloppsreningsverken kan luftning av de biologiska bassängerna stå för hälften avreningsverkets totala elanvändning. Internationella studier indikerar att upp till 40 % avdenna elanvändning är onödig och beror på igensättning och åldrande membran. Mende svenska erfarenheterna är begränsade. Att kunskapen är begränsad beror troligenpå att det inte är allmänt känt i VA-Sverige hur prestandan i luftningsanläggningar kanövervakas på bästa sätt, hur rengöring av luftare utförs och hur stor potentialen förbesparingar är.

Projektet har undersökt olika membranluftare från sex svenska reningsverk i enspecialbyggd försöksanläggning med renvatten och analyserat deras syreöverföringseffektivitet(SOTE) och tryckfallet över luftarna (DWP).Till skillnad från tidigare studier skilde det här projektet på effekter av åldrande avmembranmaterialet och igensättning av membranen, vilket är avgörande för att kunnavälja rätt underhållsåtgärd. Två metoder för att övervaka luftarnas tillstånd implementeradespå projektdeltagarnas reningsverk. Även om det fanns vissa praktiska utmaningarmed implementeringen så visar resultaten att det är fullt möjligt att övervakaförändringar i SOTE och DWP, antingen genom direkta mätningar eller med beräkningarutifrån befintliga data.Resultaten från renvattenförsöken visade att igensättning framför allt påverkadeDWP (upp till 40 mbar ökning) som därför är en lämplig parameter att övervaka föratt optimera rengöringsintervallet. Åldrande uppvisade däremot en större påverkan påSOTE (upp till 25 % försämring) jämfört med igensättning (upp till 10 % försämring).

Sammantaget var de uppmätta effekterna något lägre än vad litteraturen visar.De procentuella värdena ger dock inte den faktiska påverkan på elanvändningen.Därför simulerades de sammanlagda effekterna av åldrande och igensättning i en modell,där underhållsintervallen för rengöring och membranbyte varierades. Slutsatsen varatt det för den specifika modellen var både ekonomiskt och klimatmässigt fördelaktigtmed intensivt underhåll med membranbyte vart femte år i kombination med två rengöringarper år.Rådet från rapportförfattarna är därför att underlätta för nedtömning av bassängeroch membranbyte så att det kan genomföras på ett kostnadseffektivt sätt. Luftarnasprestanda bör övervakas med någon av de föreslagna metoderna. Det är också viktigtatt faktiskt genomföra underhållsåtgärder så ofta som det är ekonomiskt motiverat, därde lokala förutsättningarna påverkar den ekonomiska brytpunkten.

In this study, the performance of aeration diffusers from Swedish wastewater treatmentplants were tested for the first time. The results showed that fouling as well asageing of diffusers occur at Swedish treatment plants which leads to increased electricityusage for aeration. At the same time, there are opportunities with condition-basedmaintenance that can reduce unnecessary electricity use.With increasing CO2 emissions and electricity prices, energy efficiency has becomeimportant, not least to achieve the goal of a climate-neutral VA industry.

At the municipalwastewater treatment plants, aeration of the biological treatment basins typicallyaccounts for half of the treatment plant’s total electricity usage, and internationalstudies indicate that up to 40 % of this electricity is wastage due to fouling and ageingof membranes. But the Swedish experiences are limited. The limited knowledge islikely related to that it is not commonly known in the Swedish water sector how theperformance of aeration systems can best be monitored, how maintenance cleaningcan be done and how large the potential savings are.

In the project, membrane diffusersfrom six Swedish treatment plants were tested in a purposely built test facilitywith clean water and analysed with respect to oxygen transfer efficiency (SOTE) anddynamic wet pressure (DWP). Unlike previous studies, the effects of ageing of themembrane material and fouling of the membranes were assessed separately, whichis crucial to choose the right mitigation action.Two methods for diffuser condition monitoring were implemented at treatmentplants within the participating organisations. Although there were some practicalchallenges with implementation, the results show that it is feasible to monitor changesin SOTE and DWP, either with direct measurements or calculations based on availabledata.The results from the clean water tests showed that fouling primarily affected DWP(up to 40 mbar increase) which is therefore a suitable parameter to monitor, in orderto set the cleaning interval. Ageing, on the other hand, showed a greater impact onSOTE (up to 25 % decrease) compared to fouling (up to 10 % decrease).

Overall, themeasured effects are somewhat lower than what the literature indicates.However, the percentage values do not reflect the actual impact on electricity usage.Therefore, the combined effects of ageing and fouling were simulated in a model, withvarying maintenance intervals for cleaning and membrane replacement. The conclusionof the simulations was that it was both economically and climatically advantageouswith frequent maintenance (membrane replacement every five years in combinationwith two cleanings per year).The autors advice is therefore to facilitate membrane replacement so that it canbe carried out in a cost-effective manner. The performance of the diffusers should bemonitored using any of the suggested methods. It is furthermore important to actuallycarry out maintenance measures as often as economically justified, where localconditions affect the economic optimum.