IVL Swedish Environmental Research Institute

Denna rapport redovisar resultat från pilotförsök där teknikkombinationen pulveriserat aktivt kol (PAK) och membranbioreaktor (MBR) har utvärderats för avancerad rening av avloppsvatten vid Himmerfjärdsverket. Syftet har varit att bedöma teknikens potential för avskiljning av läkemedelsrester och andra organiska mikroföroreningar, samt att analysera driftmässiga, miljömässiga och ekonomiska aspekter inför en möjlig fullskaleimplementering. Pilotförsöken genomfördes i två försöksperioder om cirka 24 respektive 48 veckor, där olika PAK-produkter testades i två parallella MBR-linjer, varav en kompletterades med PAK-dosering. Fokus låg på att utvärdera reningseffektivitet vid olika PAK-doser, påverkan på den biologiska processen, slamkvalitet samt tekniska och operativa erfarenheter. Ett centralt resultat från pilotförsöken är att PAK-doseringen har en tydlig påverkan på avskiljningen av läkemedelsrester. Redan vid relativt låga doser (cirka 10 mg PAK/l) observerades en märkbar förbättring jämfört med referenslinjen, men det var först vid doser omkring 10–15 mg PAK/l som en stabil och hög reduktion av de flesta analyserade substanser, inklusive indikatorsubstanser enligt det reviderade avloppsdirektivet, kunde uppnås.

En ytterligare ökning till 25 mg PAK/l gav i många fall endast en begränsad förbättring, vilket indikerar att en dos på cirka 10–15 mg PAK/l utgör en rimlig avvägning mellan reningseffekt och resursanvändning under de studerade förhållandena. Samtidigt observerades att vissa mer svårnedbrytbara substanser, såsom diklofenak, endast uppnår föreslagna miljökvalitetsnormer i recipienten när utspädningen i recipienten beaktas. Jämförelsen mellan olika PAK-typer i de två försöksperioderna visade att det biogena, träbaserade kolet uppvisade minst lika god reningseffekt jämfört med det fossila kolet. Detta gäller särskilt för flera av de studerade läkemedelssubstanserna där en hög och stabil reduktion observerades under motsvarande driftförhållanden. Resultaten indikerar därmed att biogent PAK kan utgöra ett konkurrenskraftigt alternativ inte bara ur ett klimatperspektiv utan även med avseende på reningsprestanda, vilket är relevant vid val av koltyp inför en framtida fullskaleimplementering. Den biologiska huvudreningen fungerade stabilt under försöksperioderna och presterade enligt förväntningarna, med god reduktion av lättnedbrytbara organiska föreningar och näringsämnen, utan negativ påverkan från PAK-tillsatsen. Någon negativ påverkan på membranens funktion kunde inte observeras. Variationer i permeabilitet och fouling kunde främst kopplas till driftförhållanden såsom temperatur, slamhalt och driftstörningar. Resultaten avseende slamkvalitet och filtrerbarhet visade stor variation. Dessa variationer bedöms i huvudsak bero på driftstörningar, begränsningar i pilotanläggningen samt osäkerheter i mätningar, snarare än på effekter av PAK. Någon entydig påverkan av PAK på filtrerbarheten kunde därför inte fastställas inom ramen för studien. Analys av per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) i slam visade att PAK-tillsatsens påverkan på PFAS-innehållet i slammet är begränsad och starkt beroende av vilka PFAS som beaktas.

Samtidigt visar resultaten att MBR-processen i sig medför en betydande avskiljning av PFAS från vattenfasen, vilket sannolikt leder till en överföring till slammet. Den totala effekten bedöms dock vara begränsad och halterna ligger fortsatt långt under gällande gränsvärden. Massbalansberäkningar indikerar att 40–65 % av ∑PFAS4 överförs till slam i PAK-MBR, jämfört med 35–55 % i referenslinjen, vilket motsvarar en ökning på cirka 10 procentenheter. Samtidigt observerades att ökad PAK-dos inte gav någon tydlig ytterligare förbättring av PFAS-avskiljningen. Resultaten visar även att bedömningen påverkas av vilka PFAS som inkluderas i analysen. För bredare PFAS-grupper kan en ökad överföring till slam observeras, medan motsvarande effekt inte nödvändigtvis ses för mer partikelbundna PFAS.

Ur ett kostnadsperspektiv bedöms driftkostnaderna, särskilt kopplade till PAK-förbrukning, dominera över investeringskostnaderna. Eventuella merkostnader för slamhantering kan tillkomma beroende på framtida regelverk och hanteringskrav. Miljömässigt är klimatpåverkan från PAK-produktion en central faktor. Användning av biobaserat PAK kan dock minska klimatpåverkan avsevärt. Kombinationen av PAK-MBR och termisk slamhantering, exempelvis pyrolys, lyfts som en möjlig väg mot en mer cirkulär och resurseffektiv lösning. Sammanfattningsvis visar studien att PAK-MBR är en tekniskt fungerande och relevant lösning för rening av mikroföroreningar i avloppsvatten. Tekniken är särskilt lämplig för avskiljning av läkemedelsrester, medan avskiljningen av PFAS var mer begränsad. Resultaten pekar mot ett behov av fortsatt optimering av PAK-dosering, förbättrad processövervakning samt fördjupade studier av slamhantering och långsiktiga effekter.