IVL Svenska Miljöinstitutet

Denna rapport sammanställer erfarenheter och resultat från pilotskaleförsök med stripping och kristallisation för kväveåtervinning från avloppsvatten. Projektet har varit ett samarbete mellan EkoBalans och IVL Svenska Miljöinstitutet, där EkoBalans anläggning eco:N testats under sommaren 2020 på IVLs test- och demonstrationsanläggning Hammarby Sjöstadsverk.

Försöken har visat att det i anläggningen är möjligt att behandla ett rejektvatten från avvattning av rötat slam med ammoniumhalt från 500 till 2000 mg NH4-N/L med en ammoniumreduktion överstigande 95 % över själva strippern.

Pilotförsöken har också visat att kristalliserad ammoniumsulfat kunde utvinnas, även om begränsningar i tillgänglighet till försöksanläggningen och substrat som gjorde att kontinuerlig drift inte var möjlig.

Inom projektet har även många praktiska erfarenheter genererats vilket bidragit till fortsatt utveckling av anläggningen.

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.

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.

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.

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. 

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.

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. 

Turbiditet, som kan beskrivas som vattnets grumlighet orsakad av partiklar i vattenmassan, är en viktig faktor för dricksvattenproducenter. Hög turbiditet kan associeras med skadliga mikroorganismer och minska effektiviteten hos desinfektionsprocesser, vilket gör det nödvändigt att övervaka och hantera för att säkerställa ett säkert dricksvatten.Denna studie genomfördes vid Rökebo vattenverk, som producerar dricksvatten för Sandviken och närliggande områden för cirka 29 000 människor. Reningsprocessen innefattar flera steg som kemisk fällning, filtrering, UV-behandling och klorering för att säkerställa att vattnet är säkert att dricka.

En ny anläggning byggs för att endast använda sjövatten och kommer att inkludera ytterligare reningssteg för att avlägsna naturligt organiskt material.Sjön Öjaren är medelstor och täcker 21 km2, med ett genomsnittligt djup på 4,7 m, vilket innebär att det är en grund sjö. Sjöns djup och form påverkar hur den påverkas av väder och vind. En grund sjö som har lång sträcka i den förhärskande vindriktningen innebär sannolikt att den är känsligare för att sediment rörs upp och påverkar vattnets klarhet. Avrinningsområdet för Öjaren består huvudsakligen av skog och morän, men har 5,5 % kalhyggen, vilket bidrar till högre nivåer av turbiditet i kombination med kraftig nederbörd.

Klimatförändringarna förväntas medföra varmare temperaturer och mer regn till Sverige, vilket kommer att påverka vattenkvaliteten och tillgängligheten i sjön Öjaren. Prognoser indikerar att avrinningen till sjön kommer att öka med cirka 15 %, vilket är mer än genomsnittet för området. Detta beror på att mindre nederbörd kommer att falla som snö, vilket leder till mer vatten som flödar in i sjön under vintern. Dessa förändringar kommer sannolikt att öka nivåerna av näringsämnen och organiskt material i sjön, vilket ökar grumligheten och kräver en strategi för att hantera detta i vattenverket.I projektet testades flera olika maskininlärningsmodeller för att förutsäga vattnets turbiditet, inklusive ElasticNet Regression, RandomForestRegressor, GradientBoostingRegressor och XGBoost.

Dessa modeller hjälpte oss att förstå vilka faktorer som påverkar tubiditeten mest. Till exempel presterade RandomForestRegressor-modellen bra och visade att lufttemperatur, vindhastighet och nederbörd från de senaste dagarna var viktiga prediktorer. XGBoost-modellen gav också värdefulla insikter, särskilt genom att understryka effekten av nederbörd som fallit fyra dagar tidigare.Trots att vi använde allmänt tillgängliga meteorologiska data, lyckades våra modeller förutsäga lokala förhållanden i sjön Öjaren med acceptabel träffsäkerhet. Att fånga extrema grumlighetshändelser är dock fortfarande en utmaning. Högkvalitativa data är dock avgörande för att förbättra förutsägbarheten. Framtida arbete bör fokusera på att samla in mer detaljerade data och förfina modellerna för att stödja effektiv vattenhantering och mildra klimatförändringarnas påverkan på dricksvattenproduktionen.

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.

Töreboda avloppsreningsverk (ARV) är ett mindre reningsverk i Västra Götaland som tar emot avloppsvatten från Töreboda tätort, en livsmedelsindustri samt en liten andel från en nedlagd deponi i kommunen. Reningsverkets recipient är Friaån. Tidigare undersökningar av vattenkvalitén i Friaån har vid ett provtillfälle indikerat höga koncentrationer av mikroföroreningarna diklofenak, östradiol och perfluorooktansyra (PFOS), som är ett vanligt förekommande ämne inom ämnesgruppen perfluorerade alkylsubstanser (PFAS). Någon detektion av etinylöstradiol, ett ämne som har stark östrogen effekt i den akvatiska miljön, gjordes inte, utan detta ämne rapporterades under rapporteringsgränsen.

För de kvantifierade ämnena gällde särskilt att de påträffats vid halter som överstiger bedömningsgrunder för godkänd ekologisk status för inlandsytvatten enligt Havs- och vattenmyndighetens författningssamling. IVL Svenska Miljöinstitutet (IVL) har genomfört en kartläggning av mikroföroreningar för att bedöma risker och åtgärder som kan bli aktuellt för Töreboda ARV i framtiden avseende avancerad rening av mikroföroreningar såsom antibiotika, läkemedel och hormoner. Riskbedömningen utgår från hur ARV påverkar recipienten.Kartläggningen av mikroföroreningar har genomförts genom provtagning vid fyra tillfällen under ett års tid vid i) reningsverket och ii) i recipienten.

Inkommande och utgående avloppsvatten vid reningsverket provtogs genom veckoprover. Recipientprover uppströms och nedströms reningsverkets utsläppspunkt togs som stickprover. Analyser inom projektet har avsett läkemedelsrester, hormoner, antibiotika, fenoler, östrogen effekt samt PFAS-ämnen. Utöver ARV och recipient, har analys av lakvattenprover också genomförts avseende PFAS ämnen, som ett led i att utvärdera påverkan från källor uppströms ARV. För att bedöma recipientpåverkan har två tillvägagångssätt använts. Dels har recipienthalten predikterats genom en beräknad utspädning av halten i utgående avloppsvatten, dels har uppmätta halter i recipienten nyttjats. Beräkning av utspädningen i recipienten gjordes med hjälp av aktuellt flöde ut från ARV och aktuellt flöde i recipienten. Det senare erhölls genom att använda flödesdata från SMHI:s flödesmodell S-hype.

Recipientbedömning har genomförts genom att beräkna riskkvoter (PEC/PNEC-kvoter där PEC står för predicted environmental concentration och PNEC står för predicted no effect concentration). När kvoten överskrider 1 indikeras att det föreligger en risk i recipienten.Kartläggningen av mikroföroreningar från Töreboda ARV samt upp- och nedströms i recipienten visade att halterna av mikroföroreningar, i tre fall av fyra, var högre nedströms jämfört med provpunkten uppströms reningsverkets utsläppspunkt. Halterna av PFAS-ämnen in och ut från reningsverket indikerade också att de låg relativt högt vid jämförelse med medelhalten för andra svenska reningsverk.

Uppströmskällor till Töreboda ARV som kan bidra med PFAS-ämnen är den nedlagda deponin i Borreboda, som bidrar med lakvatten motsvarande ca 1 % av det årliga inflödet. PFAS-belastningen från lakvattnet visade sig motsvara ca 12,1 % av den totala årsbelastningen in till reningsverket.Recipientbedömningen indikerade att det råder hög miljörisk för sex mikroföroreningar nedströms recipienten, inklusive PFOS och diklofenak som det finns nationella bedömningsgrunder för god status för. PFOS återfanns dock både upp- och nedströms Töreboda ARV och det finns därmed uppströms källor för denna förekomst. Sammantaget, och sett till aktuella bedömningsgrunder, kan det därmed inte uteslutas att det finns ett behov av avancerad rening vid Töreboda ARV. PFOS-förekomsten bör dock åtgärdas vid källan och inte primärt vid Töreboda ARV. När förslaget till nytt EQS-direktiv beaktas utgör även bisfenol A en risk för recipienten, samt PFAS24, uttryckt som PFOA-ekvivalenter, vilka observeras med hög risk både upp- och nedströms Töreboda ARV. Även diklofenak tillkommer som ett ämne som utgör hög risk eftersom det befintliga gränsvärdet föreslås att sänkas i nya EQS direktivet.

Sett till befintliga och möjliga tekniker för Töreboda ARV fungerar både i) ozon efterföljt av efterbehandling i form av exempelvis GAK-filtrering, och ii) GAK som ett ensamt reningssteg. GAK står för Granulerat Aktivt Kol. För ozon är det ämnet oxazepam som kan verka begränsande och särskilt vid så låg utspädning som fem eller lägre. I detta fall resulterar det i att ozondosen behöver ligga inom intervallet 0,7 - 1,0 mg ozon/mg DOC. För GAK är det ämnena diklofenak, oxazepam och furosemid som kan verka begränsande vid låg utspädning i förhållande till högflöde, och eventuellt resultera i att ett filterbyte sker tidigare än 20 000 bäddvolymer. Avseende PFOS gäller för båda teknikerna att det är begränsande vid låg utspädning. Detta ämne, och PFAS11 i sin helhet, bör dock åtgärdas uppströms och därför har inget större fokus ägnats åt PFOS-åtgärd vid reningsverket. Ett avancerat reningssteg föreslås placeras sist i den befintliga reningsprocessen och kan med fördel föregås av ett filtersteg såsom sandfilter och/eller mikrosil för att minska risken för att partiklar går in i det avancerade reningssteget.

Om ozon efterföljs av GAK-filtrering kan fler mikroföroreningar avskiljas jämfört med när ozon efterföljs av sandfilter. Det behövs ca fyra GAK-filter om de dimensioneras med en volym på 50 m3 och årligen uppskattas det att ca 52 ton aktivt kol förbrukas.Framgent rekommenderas Töreboda ARV att genomföra en teknikutredning för att i detalj förstå teknikernas kostnad, möjlighet och eventuella miljövinst. PFAS källor uppströms reningsverket bör också utredas. Det kan även vara av vikt att förstå hur reningsverkets flöde påverkar recipientflödet över ett helt år, när det både råder låg- respektive högflöde

Att rena bort kväve från avloppsvatten görs med en biologisk process på kommunala avloppsreningsverk. Processen är temperaturberoende och fungerar sämre när temperaturen i avloppsvattnet sjunker under tio grader. I norra Sverige är avloppsvattnet kallt under långa perioder varje år, och reningsverk i norr har i dagsläget inget krav på att reducera kväve. Detta kan dock komma att ändras med en striktare lagstiftning från EU. För att undersöka hur kväve kan renas bort även från kallt avloppsvatten driver IVL tillsammans med ett flertal kommunala aktörer i norr ett projekt där biofilmsprocessen med bärare (MBBR) testas med kallt avloppsvatten. Utöver att testa hur kall kväverening fungerar i praktiken har vi även genomförts en kunskapssammanställning i projektet. Sammanställningen har gjorts av Hallvard Ødegaard och Bjørn Rusten och inkluderar tidigare forskningsprojekt samt de fullskaleanläggningar där MBBR-tekniken redan körs med kallt avloppsvatten.

Rapporten är uppdelade i fyra kapitel och inleder med en introduktion till MBBR-tekniken. Därefter följer en genomgång av hur MBBR-processen kan implementeras för avskiljning av kväve och fosfor i kallt avloppsvatten. I kapitel tre ges en sammanställning av genomförd forskning med studier från Norge, Kanada, USA, Italien och Sverige. Kapitel fyra djupdyker sedan i design och prestanda för fyra norska fullskaleanläggningar där MBBR-processen används för att reducera kvävehalten i kallt avloppsvatten. Dessa är Lillehammer avloppsreningsverk (ARV), Nordre Follo ARV, Nerdre Romerike ARV och Gardemoen ARV.

Projektgruppen hoppas att denna rapport ska bidra till att kunskapsläget ökar avseende kväverening i kalla avloppsvatten så att kostnadseffektiva och moderna anläggningar kan byggas på de reningsverk som i framtiden får kvävekrav.