IVL Swedish Environmental Research Institute

Denna rapport innehåller tips och råd för pilotförsök. Texten är framtagen inom ramen för Svenska Näringsplattformen och syftet har varit att sammanställa vad som är viktigt att tänka på vid genomförande av tester för växtnäringsåtervinning från avloppsströmmar och vad en testbädd bör erbjuda. Sammanställningen är skriven i generella termer och råden kan anses gälla både för tester av växtnäringsåtervinning från avloppsströmmar men även för andra tester relaterade till kommunalt eller industriellt vatten.

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 2020 och 2021 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts. Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport är fortfarande under genomförande och fortsätter även under 2022.  

Några resultat från 2020/21 års arbete är följande: 

- En simulering av framtida Himmerfjärdsverket 2030 med olika realistiska inflöden där infiltration och snabb avrinning varierats visar att mängden tillskottsvatten i inflödet påverkar reningsverkets miljöpåverkan. Framför allt en förändrad infiltration som ger ett minskat inflöde resulterar i en kraftig minskning av övergödningspotentialen, förbrukning av fossila resurser, klimatpåverkan, försurningspotential och förbrukningen av materialresurser.

- Lutsgasmätningarna i den nya rejektvattenbehandlingen indikerade att 0,3 % av inkommande totalkväve emitterades som lustgas vilket är en total årlig lustgasemission från processen på ca 330 kg N2O/år eller 117,5 ton koldioxidekvivalenter årligen. Dessa emissioner är mycket lägre jämfört med mätningar i den tidigare deammonifikationsprocessen. Vid periodvisa problem i demonprocessen uppgår lustgasemissionerna dock till samma storleksordning som från den tidigare deammonifikationsprocessen.

- Emissionsmätningar i huvudlinjen visade en genomsnittlig N2O-emissionsfaktor på ca 0,42 % (N2O-N/NH4-N-belastning). Vid en delvis hämning av nitrifikationen under mätperioden v41 kunde högre utsläpp av lustgas (1 % N2O-N/NH4-N-belastning) observeras. Vid en mer stabil nitrifikation minskar även lustgasemissioner igen till en emissionsfaktor på <0,4 %.

- Mätningar för att kvantifiera växthusgasemissioner gjordes även i MBR-pilotanläggningen och ett medelvärde för lustgasemissionsfaktorn på ca 0,36 % N2O-N/NH4-N-belastning med ett högsta värde på 1,33 % beräknades. Även om det på grund av saknande data för luftflödet till membrantanken inte går att dra några slutsatser än så tyder dessa initiala mätningar ändå på högre lustgasemissioner från MBR-piloten jämfört med mätningar i IVLs MBR-pilot vid Hammarby Sjöstadsverk samt jämfört med nuvarande reningsprocess vid Himmerfjärdsverket.

- Resultaten för rening av läkemedelsrester och PFAS för de två MBR-GAK-pilotlinjerna visar en fortsatt bra reningseffektivitet även om en förväntat avtagande effekt med ökade antal behandlade bäddvolymer observerades. Ett kolbyte har fortfarande inte behövts och PFOS-reningen sker fortfarande främst i MBR-processen. Medan första pilotlinjen bekräftar principförslaget så visar den andra pilotlinjen och övergripande resultat att signifikanta resurs- och kostnadsbesparingar kan åstadkommas jämfört med konventionell design om resultaten från pilotförsöken läggs som grund för en framtida fullskaleimplementering.

- Olika åtgärder som rekommenderades i en genomförd utredning för att minska skumproblemet i piloten och för att undersöka en möjlig hantering i framtida Himmerfjärdsverket visar ett minskat skumtäcke i piloten. Ifall det beror på en minskad skumbildning eller ett effektivt avdrag av skummet kvarstår dock att utreda.

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. 

Rapporten redovisar resultaten från en förstudie för läkemedelsrening i Ullareds avloppsreningsverk med ozonoxidation. Gekås handelscentrum står för den mest betydande del av belastningen till reningsverket vilket innebär en särskild sammansättning av inkommande avloppsvatten. Dessutom tillhör recipienten (Högvadsån) till ett av regeringens godkända Natura 2000-områden vilket motiverar för att Naturvårdsverket har bidragit med finansiering till projektet.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom 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 och Syvab haft ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2019 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts. Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport är fortfarande under genomförande och fortsätter även under 2020.

Några aktiviteter från 2019 års arbete som presenteras är:
• Utvärdering av olika slamtorkningstekniker.
• Modeller för att generera realistiska inflödesscenarier och simulera drift av framtida processlösning.
• Mätningar av lustgasemissioner från rejektvattenrening.
• Sammanställning av tidigare utredningar och försök kring rening av läkemedelsrester i avloppsvatten.
• En förstudie av kombinationen pulveriserat aktivt kol (PAK) och MBR-processen.
• Tester med produktion av biokol från torkat slam.
• Undersökning av mikroföroreningar vid högflöde.
• Produktion av intern kolkälla till reningsprocessen från organiska restprodukter.

The analysis of LCC-results can be used to determine which option is the most financially preferred from the company’s standpoint. The results are clear and show that the biogas-option is favorable and a profitable option of investment for the company.

To determine how various parameters and factors influence the results, an extensive sensitivity analysis was also included in this study where several parameters were altered. The Net Present Value of Investment is influenced by all parameters in the following order: i) biomethane price of the grid, ii) revenue from fiber sludge, iii) calculation period, iv) interest rate, v) investment cost sewage treatment plant, vi) revenues biofertilizer, vii) investment cost biogas plant, viii) electricity price, and ix) sludge revenue/cost. This is a measure of how important the individual parameters are for the company’s decision on how to proceed with their investment plans.

The transition towards circular flows within industrial processes often involves assessment of only one type of flow. For example, zero liquid discharge sometimes focuses on water flows, without taking into consideration solid residues. It could however be possible to simultaneously optimize different types of resources, and consequently generate a higher economic yield, a reduced risk, and a reduced environmental impact. The purpose of this study was to find the best use for the solid residues from a zero liquid discharge wastewater treatment at a copper smelting plant. The result was a methodology for resource optimization, based on the principles of reduce, replace, reuse and recycle. The methodology involves relatively simple steps and could be used as a set of instructions for anyone working with resources in almost any industrial process. This methodology is expected to lower one barrier towards a more circular economy - by focusing on preventable losses of valuable resources in all forms (energy, water, and material) and by being simple to use, thereby improving the attitude and knowledge in industrial organizations. With the help of this methodology, it was concluded that the solid waste from the case study could be reduced by 58%–85%. A preliminary economic analysis showed that the operational cost for the optimized waste handling scheme is lower than in the base scenario. If all the proposed changes are fully realizable, the reduced waste will be a result of reduced use of resources in the process, reused resources within the process, and recovered resources which could be recycled and sold as by-products.

Landfill leachate is one of the major point sources of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) pollution. In this study, powdered activated carbon (PAC), granular activated carbon (GAC), anion exchange resin (AIX), nanofiltration (NF), ozonation, and foam fractionation were tested for treatment of the same leachate.

These methods were compared in terms of PFAS removal efficiencies and treatment cost. More than 75% removal of long-chain PFAS (6-9 CF2) could be achieved with all the studied methods, though with high resource consumption. It was demonstrated that PFAS breakthrough was up to 27 times faster when the leachate was treated with GAC and AIX compared to groundwater treatment. Nanofiltration was the only method which could be practically applied for removal of PFAS with the shortest fluorinated carbon chain (3-4 CF2). Foam fractionation and AIX offered the most economical treatment, with an estimated cost of < 1 €/m3 for PFOS and PFOA reduction to ≥90%. The cost of treatment was shown to increase exponentially if the goal of > 60% ΣPFAS11 removal was applied. It was also discussed that composite parameters that include expected toxicity of different PFAS, such as ΣPFOAeq, should be used to obtain a cost-efficient reduction of PFAS-induced water toxicity.

Rening av PFAS-förorenat lakvatten med jonbytarfilter testades i flera pilotstudier och visade bra resultat, särskilt vid krav på reduktion av PFAS med längre kolkedjor. Den största utmaningen i användning av jonbytarmassa för rening av lakvatten är att det antingen krävs en väldigt avancerad förbehandling eller att filtret behöver backspolas ofta för att undvika igensättning. Backspolning av filter blandar om jonbytarmassan, vilket gör att kolonnverkan förloras.

Målsättning med projektet var att testa en utformning där lakvatten strömmar uppåt i en filterbädd med tillräckligt flöde för fluidisering av bädden. Rapporten beskriver försök som genomförts i en större pilotskala på Sivik avfallsanläggning samt försök i mindre pilotskala på Löt avfallsanläggning. På Sivik har ett standard DynaSand filter fyllts med jonbytarmassa och körts under 9 månader. På Löt har jämförande försök med nedströms jonbytarfilter och två seriekopplade uppströmsfilter genomförts.Försök på Sivik visade att det var avgörande att omsätta jonbytarmassa i filtret genom att driva mammutpumpen för att bibehålla bra rening. Det var dock utmanande att hitta en balans mellan omsättning av massan och risken för förlust av massan med spolvatten. Det upptäcktes även att flödet i försöken var för lågt för homogen suspendering av massan vilket troligen skapade kortslutningar av flöde genom filtret. Det ledde till varierande rening av PFAS med  kortare kolkedjor. Trots utmaningarna var reduktion av PFOS i genomsnitt 94% som medel vid behandling av 14 300 bäddvolymer (BV) av vatten. Utgående PFOS-halter var ca 13 gånger lägre än respektive målsättningsvärde för anläggningen. Satsvisa labbförsök visade att jonbytarmassan hade mycket kapacitet kvar när försöken avslutades och reducerade PFOS och andra längre PFAS nästan lika bra som ny jonbytarmassa.

I försök på Löt visade 2-stegs uppströmsfilter liknande rening som ett nedströmsfilter, vilket bekräftar att kapacitetsutnyttjande av jonbytarmassa kan vara liknande med de två processutformningarna.Förlust av massa noterades både med nedströmsjonbytare (i försök på Löt vid backspolning) och uppströmsjonbytare (i försök på Sivik). Orsaken till förlusten av jonbytarmassa härrör till att ett standard DynaSand filter nyttjats. Detta filter i standardutförande är avsett för media med en betydligt högre densitet än den jonbytarmassa som nyttjats i Sivik.

I projektet testades några modifieringar och driftsinställningar som gynnade funktionen i DynaSand filtret. Ytterligare modifieringar och tänkbara förbättringar och åtgärder för minskad risk av förlust av jonbytarmassa med låg densitet samt vikten av polerande rening från eventuella mindre mängder jonbytarmassa som kan följa med utgående vatten diskuteras i rapporten.

Syftet med detta projekt var att studera rening av PFAS-förorenat lakvatten från avfallsanläggningar genom praktiska försök i labb- och pilotskala och genom sammanfattning och utvärdering av försök som genomfördes på andra avfallsanläggningar. Försök med ett brett spektrum av olika reningstekniker genomfördes på fyra avfallsanläggningar.

En generell slutsats för alla tekniker som ger en rimlig reningskostnad är att de PFAS som har en kortare fullfluorerad kolkedja avskiljs sämre än de med en längre kedja. Ett stort fokus i utvärderingen av resultaten var därför att demonstrera hur olika reningsgrader för olika PFAS kan påverka reningskostnader. Utvärderingen av samtliga försök visade att skumfraktionering, rening med GAK och jonbytare är de mest lovande teknikerna som ger liknande kostnader vid samma reduktionsgrad. Om reningen ska utformas utifrån dagens krav blir reningskostnaderna lägst vid användning av jonbytare. Skumfraktionering ger bra reduktion av PFAS med sex eller fler helfluorerade kolatomer och är den mest kostnadseffektiva tekniken för reduktionen av de mest toxiska PFAS. Rening med GAK bedöms vara motiverat vid låga inkommande DOC-halter och om rening av andra organiska miljögifter behövs. Kostnad för rening av PFAS-förorenat lakvatten beräknas till 5-13 kr/m3 för en mellanstor avfallsanläggning.

Syftet med projektet var att studera rening av PFAS-förorenat lakvatten med jonbytare med fokus på avskiljning av substanser med kort och medellång kolkedja. Dessa substanser avskiljs dåligt med de flesta tekniker. Tidigare studier har visat att jonbytarfilter avskiljer substanserna initialt när filtret tas i drift men reduktionsgraden minskar snabbt. För att behålla bra avskiljning av dessa substanser behöver jonbytarmassan därför bytas ofta, vilket medför en hög reningskostnad. Några studier har visat att jonbytarmassa kan regenereras från PFAS och användas flera upprepade gånger, vilket har potential att minska reningskostnaden och behålla bra reduktion av de kortare PFAS.

Regenerering av jonbytare har dock inte testats tidigare vid rening av lakvatten, bara vid rening av andra vattenströmmar. Dessutom behövde hantering av den förbrukade regenereringslösningen som innehåller höga PFAS halter studeras.I föreliggande studie gjordes litteraturgenomgång, försök i labb-, bänk-, och pilotskala samt processberäkningar och kostnadskalkyler för att studera hur regenerering av jonbytare och återvinning av regenereringslösningen kan tillämpas vid rening av PFAS-förorenat vatten. Försöken utfördes vid Ragn-Sells avfallsanläggning Högbytorp.Kortvariga labbförsök visade att det finns flera typer av jonbytare från de flesta stora leverantörer som fungerar bra vid rening av lakvatten från PFAS. De mest lovande av dessa testades avseende regenerering med två olika regenereringslösningar. En indikation från labbförsöken var att det är möjligt att regenerera jonbytarna och behålla liknande kapacitet i fler cykler av sorption-regenerering.

Pilotförsöken genomfördes i en anläggning bestående av förbehandling av lakvatten genom fällning, sedimentering, och ultrafiltrering följt av två jonbytarfilter som kördes i serie eller parallellt. Förbehandlingen fungerade för det mesta bra och producerade ett partikelfritt vatten, dock med en hög dos av en fällningskemikalie. Jonbytarfiltren renade det förbehandlade vattnet tills genombrott av medellånga PFAS observerades. Sedan regenererades ett av jonbytarfiltren och filtret togs i drift igen för att undersöka hur regenereringen påverkade kapaciteten för PFAS-reduktion.

Resultaten visade att det mesta av sorberade PFAS tvättades bort från massan och att den regenererade massan hade en kapacitet som liknande en ny.Den regenereringslösning som visade sig fungera bra i labb-, bänk-, och pilotskaleförsöken var 1% NH4Cl i 80%vol etanol. För regenerering av 1 m3 jonbytarmassa krävdes minst 13 m3 av lösningen. Att regenerera jonbytare och skicka lösningen på destruktion kostar  mer än att köpa ny jonbytarmassa. För att regenereringen ska vara ekonomiskt motiverad behöver den förbrukade regenereringslösningen återanvändas och/eller kemikalier från den behöver återvinnas. I projektet studerades två alternativ för återvinning av lösningen – destillering och nanofiltrering. Båda metoderna fungerade bra och separerade >98% av PFAS från regenereringslösningen. Koncentratet, som innehåller PFAS i halter 1 000 – 1 700 gånger högre än i inkommande lakvatten, kan då skickas på destruktion medan den renade regenereringslösningen återanvändas.

En grov kostnadsanalys visade att för de flöden och halter som förekommer i lakvatten på Högbytorp skulle regenerering och återvinning av regenereringslösningen med nanofiltrering vara ekonomiskt motiverad om en bra reduktion av medellånga PFAS eller väldigt höga reduktionsgrader (>95%) av de längre PFAS skulle krävas. Däremot, om 90% reduktionsgrad  eller lägre bedöms vara tillräckligt för ΣPFAS4 eller ΣPFOAekv så bedöms regenerering och återvinning av regenereringslösningen i en egen anläggning att inte vara ekonomiskt motiverat. Däremot finns en stor potential för en gemensam anläggning för regenerering av jonbytare från flera avfallsanläggningar eller andra verksamheter, liknande som det görs idag med reaktivering av aktivt kol.

Rapporten beskriver etablerade och nya tekniker för kväveåtervinning ur avloppsvatten, och jämför återvinningsmetoderna med andra sätt att tillverka kvävegödsel när det gäller klimatpåverkan och kostnader. Rapporten innehåller också en kort genomgång av möjligheter för återvinning av kalium och svavel och en statusuppdatering av metoder för återvinning av fosfor.

Återvinning av näringsämnen från avlopp i Sverige sker i dag nästan uteslutande genom spridning av avloppsslam på åkermark, men bara cirka en tredjedel av allt slam används på det viset. Avvattnat rötslam innehåller bara cirka 15 procent av det kväve som finns i inkommande avloppsvatten. Det gör att endast några få procent av kvävet återvinns i dag. Ökad återvinning av kväve har därför stor potential. Det finns risk att även den lilla mängden kväve som återförs med slam idag uteblir ifall slamanvändning på åkermark ska förbjudas samtidigt som det blir krav på återvinning av fosfor. De mest intressanta metoderna återvinner fosfor från aska efter slamförbränning, och det innebär att kväveinnehållet går förlorat.

Dagens kväverening sker i huvudsak med biologiska metoder i reningsverkets huvudström. Ett alternativ är att avskilja det kväve som finns i rejektvatten, det vill säga det högkoncentrerade vatten som blir över vid avvattning av rötat slam. Kvävemängden i rejektvattnet är ungefär lika stor som kvävemängden i själva slammet. Kvävet i rejektvatten kan återvinnas till gödselprodukter med olika kemisk-fysikaliska metoder. Om kväve återvinns behöver mindre kväve renas biologiskt. Det sparar energi och minskar utsläppen av växthusgaser, framför allt lustgas. Men kväveåtervinningsprocesser är energi- och kemikalieintensiva, vilket ger indirekta utsläpp av växthusgaser och relativt hög kostnad.

En litteraturstudie visade att ammoniakstrippning (avdrivning av ammoniak i gasfas) och kontaktmembran är de tekniker för kväveåtervinning från rejektvatten som finns i fullskala och som har liknande och relativt hög förbrukning av kemikalier och energi. För spillvattenströmmar som liknar rejektvatten har det testats andra metoder, bland annat termisk strippning av ammoniak med vidare kemisk reaktion med gips eller destillering till ammoniakvatten. Även indunstning och destillation är utvecklade tekniker som har potential för kväveåtervinning.

Konventionell produktion av kvävegödsel är beroende av naturgas för att få energi. Flera tekniker utvecklas nu där förnybar energi kan användas för produktion av ammoniak. Projektet utvärderade klimatpåverkan och kostnader för olika kväveåtervinningsmetoder jämfört med produktion av kvävegödsel från fossila och förnybara energikällor. Återvinningsmetoderna visade stor variation, men några slutsatser kan dras. Driftkostnaden för kväveåtervinning med de etablerade teknikerna (ammoniakstrippning och kontaktmembran) är lite högre än kostnaden för produktion av kvävegödsel från fossila och förnybara energikällor, även när kostnaden för utebliven rening av rejektvatten med de mest kostnadseffektiva biologiska metoder dras av. Däremot är klimatpåverkan från kväveåtervinning lägre än klimatpåverkan från kvävegödselproduktion och biologisk kväverening. Flera nya återvinningstekniker, som till exempel termisk strippning av ammoniak och struvitfällning kombinerad med syrabehandlinging, har potential att ge både lägre kostnad och lägre klimatpåverkan.

Ett alternativ för att återvinna så mycket kväve som möjligt är att införa källsorterande system och separat behandling av klosettvatten eller urin. Även återvinning från den lågkoncentrerade huvudströmmen av avloppsvatten med en jonbytesprocess följt av återvinning med strippning eller kontaktmembran har potential.