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.

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.

Sensor Fault Detection Methods Applied On Dissolved Oxygen Sensors At A Full Scale WWTP.

Stockholms avloppsreningsverk (ARV) byggs för närvarande om från en konventionell aktivslamprocess till en ny membranbioreaktorprocess (MBR). Även nya behandlingssteg för slamhantering ingår. Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) och IVL har sedan 2014 genomfört långtidsstudier i pilotskala vid FoU-anläggningen Hammarby Sjöstadsverk. Denna rapport presenterar resultat från pilotoperationen under 2020.

MBR-piloten drevs kontinuerligt vid ett högre inflöde än det genomsnittliga designflödet. Utsläppsvärden för fosfor och kväve underskreds även detta år. En låg förbrukning av fällningskemikalier i fosforreningen kunde uppnås främst på grund av en hög Bio-P-aktivitet. Piloten visade också att glycerol kan vara en bra tillfällig kolkälla vid Henriksdal WWTP under processuppstart.

Liksom tidigare år rengjordes membranen i membrantank 1 (MT1) med oxalsyra och membranen i MT2 med citronsyra. Flera tester för att optimera förbrukningen av kemikalierna för membranrengöring utfördes. Återhämtningsrengöring (RC) av membranen utfördes två gånger under 2020.

I slampiloten visade en termofil och mesofil krocktest med korta hydraulisk retentionstid (HRT) stabil prestanda ner till 4 dagars HRT.

Den totala resursförbrukningen i piloten visade att optimering av fosforutfällning och tvättkemikalier resulterade i en betydligt lägre dosering än designvärden för framtida Henriksdal WWTP.

Den här rapporten finns endast på engelska. Svensk sammanfattning finns i rapporten.

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.

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.

Several municipal wastewater treatment plants (WWTPs) in Stockholm, Sweden, will within the near future face both an increased load due to a growing population as well as more stringent effluent quality requirements. The latter mainly regarding nutrients due to Sweden‘s commitment to the Baltic Sea Action Plan and the implementation of the European water framework directive (WFD). In addition, removal of emerging substances such as pharmaceutical residues, micro plastics and antibiotic resistance are gaining more attention since WWTP effluent is the most or one of the most significant sources of such loads to the environment [1-4]. Pharmaceutical residues and other emerging substances are generally not efficiently removed in conventional WWTPs [5]. The WFD has defined a list of prioritized substances including pesticides, biocides, flameretardants and metals [6], which already today require monitoring and treatment. Several other substances, including some pharmaceuticals, are on the ‘watch list’ of emerging pollutants that may be placed on the WFD priority list. Requirements for additional treatment, in larger WWTPs, for the reduction of some pharmaceutical residues and other micropollutants (MP) could thus be expected, also in other countries than Switzerland, where such a regulation is already in place. The potential negative effects on aquatic organisms, the aquatic food-web and higher organisms, as well as the risk of increased numbers of antibiotic resistant genes in bacteria, all present a threat to our environment, health and society [7-9]. Another increasing concern for wastewater treatment are emissions of greenhouse gases (GHGs). At WWTPs, special attention is given to nitrous oxide (N2O), which is a highly potent GHG (298 times more potent than carbon dioxide (CO2 ) [10]). At incomplete nitrification and denitrification N2O can be emitted, which may cause a significant negative overall environmental impact of the treatment process [11,12]. Even though regulations may earliest come in place in some years from now, many WWTPs actively work on reducing GHG emissions from wastewater treatment processes. Besides the requirements to increase capacity, improve treatment efficiency and reduce GHG emissions, many WWTPs also face the problem that they cannot expand spatially as they are located in densely populated areas or underground.

New solutions for space-efficient, high-capacity and flexible municipal wastewater treatment processes are thus required. Stockholm Water and Waste Company (Stockholm Vatten och Avfall), Sweden’s largest water service organization, is directly facing the above problems of space limitation, increased capacity need and stricter effluent requirements at the Henriksdal WWTP in Stockholm. As a result, the existing conventional activated sludge process (CAS) will be converted to a Membrane Bioreactor (MBR), doubling the capacity by using existing process volumes only. The new process will be the world’s largest MBR facility with a capacity of 1.6 million PE (predicted load year 2040).

MBRs combine the biological activated sludge process with membrane separation, which provide distinct advantages over the CAS. Advantages include a significantly better effluent (permeate) quality regarding particles, disinfection capabilities due to the membrane pore size, higher volumetric loading due to higher sludge concentrations in the biology, reduced footprint and process flexibility towards influent changes. Even the treatment of MP may be more efficient using MBRs compared to traditional treatment systems. This is partly explained by the fact that MP attached to particles can effectively be removed by filtration whereas dissolved MP can be degraded more effectively because of the higher biological activity in a MBR process. In addition, a more efficient polishing treatment compared to CAS can be achieved [11,13-18]. Drawbacks of the process are the high energy use for aeration and the use of cleaning chemicals in the filtration step to curb fouling and scaling on the membrane surface, which reduces the permeability of the membranes.

MBRs have been used for a number of decades but only in the last decade, MBRs gained more attention for the treatment of both municipal and industrial wastewater. This is mainly due to a significant cost reduction of membranes and process development decreasing energy requirements [19-23].

The aim of this research work is to investigate the MBR technology concerning the overall holism and resource efficiency towards some of the most central treatment aspects including nutrient removal, removal of micropollutants and minimizing of GHG emissions. Through actual pilotscale experiments, the paper describes the performance of the studied system under various test periods defined to meet present and future requirements of the growing region of Stockholm, Sweden.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab påbörjat ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2017 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts.

Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport kommer att fortsätta och nya aktiviteter för 2018 innefattar bland annat direkta mätningar av växthusgasemissioner, vidare arbete med en effektiv slamhantering, utvärdering av alternativ kolkälla samt utvärdering av pilottester med MBR.

Dagens reningsverk står inför flera utmaningar såsom skärpta reningskrav, ett förändrat klimat, krav på ökad resurseffektivitet och minskad miljöpåverkan från verksamheten. I en strävan att nå mer hållbara lösningar för avloppsvattenrening och slamhantering har IVL Svenska Miljöinstitutet och Syvab påbörjat ett långsiktigt forskningssamarbete. Under 2016 har olika aktiviteter inom områdena klimat- och miljöpåverkan, slamhantering och processoptimering genomförts.

I en scenarioutvärdering av kol-fotavtrycket för Himmerfjärdsverket har klimatpåverkan från reningsverket kartlagts och inverkan av olika processändringar utvärderats. Resultaten har visat att de dominerande källorna till klimatpåverkan är direkta utsläpp av lustgas från avloppsvattenreningen och av metan vid slamhantering. Scenarioanalysen har visat att åtgärder som vidtagits har givit en positiv effekt och att det med processoptimeringar och ökad samrötning skulle vara möjligt att nå en klimatneutral verksamhet. Rekommenderade fortsatta åtgärder riktas huvudsakligen mot de direkta emissionerna från processerna genom bättre övervakning, styrning och processändringar.

Slamtorkning som komplettering till nuvarande slamhantering har utvärderats och bedömts som en potentiellt resurseffektiv lösning. Fördelar med torkning av slammet är att slammets volym och vikt minskar vilket minskar transportarbetet avsevärt, emissioner av växthusgaser vid lagring och spridning av slam kan minskas och gödselvärdet i slammet ökas. Innan tillämpning i full skala kan bli aktuellt kvarstår dock att torkning godkänns som hygieniseringsmetod för slam.

Eftersom slutanvändning av slam har stor betydelse i nuläget och för arbetet med alternativa slamhanteringsmetoder har en kartering av slamsammansättningen genomförts. Flera slamprover analyserades av olika externa laboratorier för fosfor, metaller och läkemedelsrester. Resultaten visade en stor spridning av uppmätta koncentrationer vilket illustrerar vilken svår matris slam är att analysera. Resultaten visar också att valet av analysföretag skulle kunna påverka om kravet för kvoten mellan kadmium och fosfor klaras eller inte. Även svårigheten att analysera läkemedelsrester i slam har visats genom karteringen.

Som ytterligare ett led i arbetet mot en effektivare slamhantering har det gjorts en vidareutveckling av det substratverktyg som 2015 utvecklades i samarbete mellan Syvab och IVL. Verktyget har gjorts mer användarvänligt och kan användas både för uppföljning och prognostisering av metallhalter och gaspotential vid mottagande av olika externa substrat till rötningen.

Även verksamhetens totala miljöpåverkan har kartlagts för driften av nuvarande och framtida anläggning. Den totala miljöpåverkan från processen minskas i framtidsscenariet, främst på grund av dagens höga miljöpåverkan, vilken blir tydlig vid jämförelse mot andra reningsverk som utvärderats med samma metodik. Huvudanledningen till dagens höga miljöpåverkan är en hög kemikalieförbrukning, där metanol som extern kolkälla till efterdenitrifikationen står för ett mycket stort bidrag. Himmerfjärdsverket står inför en ombyggnation för att möta skärpta utsläppskrav. Med syfte att kunna testa scenarier och ändringar inför ombyggnationen, under ombyggnationen och efter driftsättning av den nya vattenreningslinjen har en dynamisk processmodell tagits fram. Detta arbete är i ett tidigt skede, men resultat från körningarna med modellen har visat att den framtida processen uppnår utsläppskravet på kväve utan behov av extern kolkälla.

För att kvantifiera eventuella besparingar vid lägre rötningstemperaturer gjordes fullskaleförsök med rötning vid olika mesofila temperaturer. Resultaten indikerar att det för Syvabs nuvarande process ger en försumbar effekt att variera temperaturen, dock ses en potential till nettobesparing/-vinst om Syvabs uppvärmningslösning kan förbättras.

Fullskaleförsök gjordes även med ökad belastning på en rötkammare för att studera hur metanproduktionen påverkas vid temporärt behov att stänga ner en eller flera rötkammare för underhåll eller vid substratöverskott. Med 50 % högre OLR jämfört med referensen minskade gasutbytet per kg VS med 5 %. Från fullskaleförsöken konstaterades att både temperaturvariationer och ökad belastning kunde nås utan indikationer på process- eller driftstörningar.

Några av de aktiviteter som redovisas i denna rapport kommer att fortsätta och nya aktiviteter för 2017 innefattar bland annat direkta emissioner av växthusgaser, vidare arbete med en effektiv slamhantering, utvärdering av alternativ kolkälla samt utvärdering av pilottester med MBR.

Detta dokument om goda råd är resultatet av arbetet som utförs i projektet INPROASIT som genomförts inom det Strategiska innovationsprogrammet Process-industriell IT och Automation (PiiA), en gemensam satsning av Vinnova, Formas och Energimyndigheten. Projektet tillkom i diskussionerna mellan PiiA och arbetsgruppen som tog fram den strategiska innovationsagendan PI-Nordic. Svensk industri måste kunna ställa om produktionen snabbare i framtiden, kunna köra korta serier och många olika produkter. Detta innebär krav på kortare och effektivare utvecklingscykler. I den här skriften samlar vi gruppens råd för effektivare processutvecklingsprocedurer.

”Integrerad design inom processindustrin” är ett heltäckande begrepp för produktionsprocesser, vari det ingår: • Själva processen med sin fysik och kemi • Utrustning • Instrumentering • Övervakning och styrning med PLC och SCADA • Överordnad och samordnande avancerad processtyrning, APC • Produktionsplanering och produktionslogistik.

För att få en bredare bakgrund till den europiska och svenska processindustrins utmaningar, se exempelvis: ”SusChem Strategic Innovation and Research Agenda”, ”SPIRE Roadmap”, ”European Roadmap for process automation", ”Nationell Kraftsamling för Processindustriell Automation” samt ”PI-Nordic – A strategic research and innovation agenda for process intensification and innovation in process industries”. Arbetet har startat med en litteraturstudie och sedan har diskussioner förts i workshopar där representanter från industrin, universitet och forskningsinstitut har medverkat. Huvudarbetet från detta projekt ligger på denna rapport Goda råd för integrerad design inom processindustri. Men vi har även gjort den mindre rapporten Kompetens-, utbildnings- och forskningsbehov för framtida god design inom processindustrin. Vi har valt att lägga dessa två delar i separata publikationer eftersom syftena är olika och även målgrupperna delvis.

This report is only available in Swedish. English summary is available in the report.

Denna rapport är ett delresultat från Workshops som genomförts i projektet INPROASIT. Den andra delen behandlar konkreta goda råd för design i processindustrin. Vi identifierade översiktligt nuläget och faktorer som på sikt är viktiga för erhålla en god design i processindustrin. Områden vi tittade på och presenterar är: - Utbildning inom området integrerad processdesign i processindustrin. - Kompetensbehov nu och i framtiden samt - Önskvärda utbildningsinsatser för framtida kompetensbehov. - Ett axplock av nuvarande forskning inom området. - Önskvärda forskningssatsningar inom detta breda område som spänner över olika discipliner.

This report is only available in Swedish. English summary is available in the report.

Svenska avloppsreningsverk tar idag emot betydande mängder tillskottsvatten genom avrinning av dagvatten och infiltration i ledningsnäten. I framtiden förväntas även nederbörden öka till följd av klimatförändringar och högre flödestoppar vid regn är väntade. Förändrad utspädning av avloppsvatten på grund av infiltration eller dagvatten kan ha stor betydelse för reningsprocessernas effektivitet.

Detta projekt har haft som uppgift att studera drift av avloppsreningsverk vid olika framtida inflödesscenarier och hur dessa scenarier påverkar reningsverkens miljöpåverkan och driftkostnader för tre svenska reningsverk.

Resultaten visar att infiltrationen har större inverkan på hur miljöpåverkan förändras till följd av ett förändrat inflöde än ökade flödestoppar. Vid minskad infiltration minskade samtliga studerade miljöpåverkanskategorier för alla tre verken, beräknat per kg kväve som avskilts i reningsprocesserna i verket. Det omvända gällde vid ökad infiltration.

Changes in dilution of wastewater to a treatment plant due to infiltration or surface runoff can have a great impact on treatment process performance. This paper presents a model-based approach in which realistic influent scenarios are generated and used as inputs to a dynamic plant-wide process model of the wastewater treatment plant. The simulated operation is subsequently evaluated using life-cycle assessment (LCA) to quantify the environmental impacts of the future influent scenarios. The results show that increased infiltration led to higher environmental impact per kg nitrogen removed. The increase in surface runoff had a minor impact.

Inom projektet Stockholms framtida avloppsrening (SFA) byggs Henriksdals avloppsreningsverk (ARV) om och ut för att klara en fördubblad kapacitet och ökade reningskrav. Det nya reningsverket är designat för en kapacitet på 1,6 miljoner personekvivalenter (pe), vilket motsvarar ungefär dubbelt så mycket som nu. Det nya reningsverket är också designat för att klara låga utsläppskrav med avseende på fosfor, kväve och BOD7 (5 mg BOD7/L, 6 mg N-tot/L och 0,2 mg P-tot/L).

Uppgraderingen av Henriksdals ARV inkluderar ombyggnation av befintliga konventionella aktivslambassänger (CAS) till en membranbioreaktorprocess (MBR) med 1,6 miljoner m2 membranyta. Utöver detta byggs även en ny förbehandling, ny försedimentering och ett nytt behandlingssteg för primär- och överskottslam och det producerade slammet kommer att rötas under termofila förhållanden istället för som idag under mesofila förhållanden.

MBR är en relativt väl beprövad teknik inom både industriell och kommunal avloppsrening men införandet i Henriksdal innebär en rad utmaningar för vilka tekniska och driftsmässiga lösningar utvecklas och testas i ett pilotprojekt på forskningsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk, i ett projekt gemensamt finansierat av IVL Svenska Miljöinstitutet och Stockholm Vatten och Avfall. I den här delrapporten redovisas resultat från år 2017 (projektår 4) av pilotförsöksprojektet.

För att bekräfta nya Henriksdals ARVs processdesign, och att denna ska kunna uppnå framtida utsläppskrav på totalfosfor (P-tot < 0,2 mg/L), har ett stort fokus under 2017 legat på optimering av fosforreduktionen. För att uppnå låga utgående halter i kombination med att ej överdosera fällningskemikalie så har styrning av fällningskemikaliedosering kontinuerligt justerats under året. Försöket har visat att det går att nå framtida reningskrav på totalfosfor, dock kommer mer fällningskemikalie att behöva doseras jämfört med mängd doserad i Henriksdals ARV idag.

Under året har försök med optimering av resursförbrukning i membrantankarna genomförts, såsom försök med minskad luftmängd och minskad förbrukning av membranrengöringskemikalier (både minskad mängd i samband med rengöring samt längre tidsintervall mellan rengöringstillfällen). Dessa försök var inte avslutade vid slutet av året men de indikerar att det finns en stor potential att minska både energi- och kemikalieförbrukningen i membrantankarna, utan att kapaciteten hos membranen försämras.

Kopplat mot försöken med optimering av resursförbrukning i membrantankarna, byttes syra för membranrengöring i en av membrantankarna (MT1) ut i början av året. MT1 rengjordes efter bytet med oxalsyra istället för som tidigare med citronsyra. MT2 rengjordes fortsatt med citronsyra. Resultaten visade att rengöringseffekten från oxalsyra var minst lika god som den med citronsyra, och eftersom oxalsyra är betydligt billigare i inköp jämfört med citronsyra finns en stor ekonomisk besparingspotential i att byta ut denna kemikalie. I samband med membranrengöring med citronsyra har det noterats temporära höga fosfatkoncentrationer i utgående vatten, men detta noterades inte i samband med membranrengöring med oxalsyra.

Under hösten 2017 kompletterades vattenbehandlingslinjen med en slambehandlingslinje i pilotskala (förtjockning, rötning och avvattning). I slutet av året var denna behandlingslinje fortfarande i uppstartsfas och en mer detaljerad uppföljning kommer att genomföras under 2018.

En två år lång studie finansierad av Svenskt Vatten Utveckling (SVU) för kartläggning av oönskade mikroföreningar i MBR-processen startade också upp i slutet av 2017. Parametrar som kommer att kartläggas är exempelvis läkemedel, mikroskräp och PFAS. En första provtagningskampanj (av totalt fyra planerade) genomfördes hösten 2017 och resultatet från denna presenteras i denna rapport. Resultatet visade att flertalet substanser reduceras i processen men för vissa substanser var utgående halter högre än inkommande, vilket kan indikera att dessa kan återskapas i processen. Större slutsatser kommer att kunna dras när resultatet från samtliga genomförda provtagningskampanjer finns tillgängligt (2019).

Inom projektet Stockholms framtida avloppsrening (SFA) byggs Henriksdals reningsverk om och ut för att klara en fördubblad kapacitet och ökade reningskrav. I detta ingår att installera världens största membranbioreaktor (MBR). MBR är en relativt väl beprövad teknik inom både industriell och kommunal avloppsrening men införandet i Henriksdal innebär en rad utmaningar för vilka tekniska och driftsmässiga lösningar utvecklas och testas i ett pilotprojekt på forskningsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk.

I den här delrapporten redovisas projektår 3 av det fleråriga pilotförsöksprojektet med membranbiorening av kommunalt avloppsvatten som genomförs gemensamt av Stockholm Vatten och Avfall och IVL Svenska Miljöinstitutet AB. Pilotförsöken genomförs på forskningsanläggningen Hammarby Sjöstadsverk. Syftet med pilotförsöken är att få information om och erfarenhet av att införa membranteknik och den processlösning för den biologiska reningen som är tänkt för Henriksdals reningsverk inom projektet Stockholms framtida avloppsrening. Processen kombinerar en aktivslamprocess med membranfiltrering för att uppnå en högre reningsgrad och driftsäkerhet.

Inför försöksår 3 byggdes pilotanläggningen om, och membranen byttes ut från flat sheet till hollow fibre. Ett stort fokus under början av försöksår 3 (april-juli) har därför legat på uppstart av den nya pilotanläggningen. Under senare delen av försöksår 3 (augusti-december) har ett större fokus legat på bland annat förbehandling, fosforrening och membranrengöring. Slutsatserna för försöksår 3 hittar du i rapporten.

Den här rapporten finns endast på engelska. Svensk sammanfattning finns i rapporten.

Instrumenten på avloppsreningsverken blir allt fler och är viktiga för både övervakning och processtyrning. Ökat inslag av processtyrning och automation innebär att tillförligheten hos instrumenten måste vara hög. Det blir särskilt viktigt med pålitliga instrument när utsläppsvillkoren skärps och marginalerna krymper.

Hittills har det saknats råd på svenska när det gäller avloppsreningsverkens instrumentering. Denna rapport sammanställer praktiska erfa¬renheter och kunskap kring instrumentering, och ska bidra till att renings¬verken i Sverige får tillräckligt god mätdatakvalitet från sina instrument för att de på ett resurseffektivt sätt ska kunna nå sina utsläppskrav.

Arbetet har genomförts av forskare på IVL Svenska Miljöinstitutet tillsammans med representanter från elva VA-organisationer. Inom projektet har även fem instrumentleverantörer deltagit. I rapporten samlas matnyttig information och rekommendationer om vad som bör ingå i ett systematiskt instrumenteringsarbete.

Rapporten försöker besvara frågorna: ”Varför ska man mäta?”, ”Vad och var ska man mäta?” och ”Hur ska man mäta?”. De områden som täcks in är val av instrument, installation och placering, upphandling, organisato¬riska faktorer, underhåll samt givarkontroll och mätvärdesnoggrannhet.

Instrumentfrågan är komplex och bör behandlas som sådan. Därför behöver den lösas av en grupp med blandad kompetens. Några nyckelfaktorer för att instrumenteringen ska fungera bra är engagerad och utbildad personal samt tydlig ansvarsuppdelning.

Den här rapporten finns endast på engelska. Svensk sammanfattning finns i rapporten.

När klimatet ändras måste fortfarande en så kritisk funktion som dricksvattenproduktion fortgå, vilket innebär att produktionen behöver klara av en anpassning till nya villkor. En av grundförutsättningarna för att hantera förändring är att ha bättre kontroll på råvattentillgången. Processen blir genast mer komplex i och med detta, men genom moderna sensorer som kommunicerar realtidsdata och modeller som kan beräkna prognoser blir det görbart.

Vattenverket i Rökebo utanför Sandviken har utgjort fallstudie i projektet. Här använder man både sjö- och grundvatten som råvattenkällor vilket möjliggör blandning i olika proportioner. Givet det klimatscenario som använts för beräkningarna, antas årsmedeltillrinningen till sjön Öjaren att öka med 15 % och grundvattenbildningen med 13 %. Mängderna kommer därmed inte vara något problem givet dagens uttag. Kvaliteten på sjövattnet, och i och med detta också det inducerade grundvattnet, kommer att bli sämre sett ur ett dricksvattenperspektiv.

I projektet fanns tre olika tidsperspektiv, från det momentana till klimatförändringar på 50 års sikt. Vilket tidsperspektiv man än väljer är dock behovet av data centralt. Det kommer innebära att insamling och lagring av data måste struktureras, vilket är positivt för erfarenhetsåterföring och drift, men också kommer innebära att det arbete som krävs när man jobbar med dricksvattenproduktion kommer att ändras. Digitalisering kommer att bli en förutsättning för drift av en hållbar vattenproduktion.

I den här delrapporten redovisas projektår 2 av de fleråriga pilotförsök med membranbiorening av kommunalt avloppsvatten. Syftet med pilotförsöken var, och är, att få information om och erfarenhet av att införa membranteknik och den processlösning för den biologiska reningen som är tänkt för Henriksdals reningsverk inom projektet Stockholms framtida avloppsrening. Under försöksår 2 har stort fokus legat på optimering av fosforreningen. Ett antal försök har också genomförts med fokus på kvävereningen, membranrengöring, utsläpp av oönskade föroreningar och slammets sammansättning. Följande slutsatser kunde dras från försöksår 2:

§ Fosforrening ner till utgående halter, < 0,2 mg P/L, kan uppnås med stabil drift under längre perioder.

§ Membranen är känsliga för överdosering av fällningskemikalie, särskilt om kemikalien doseras i nära anslutning till MBR-tanken. Igensättningen av membran har konstaterats bero på val av fällningskemikalie (dosering av Fe3+ medförde snabbare igensättning än dosering av Fe2+), var i processlinjen den doseras samt i vilken mängd den doseras.

§ Den styrstrategi som visade sig mest lämpad för att uppnå önskad fosforrening, utan att riskera kraftig igensättning av membranen, var en konstant flödesproportionell basdos av Fe2+ i luftat förfällningssteg kombinerat med två doser styrda på utgående fosfatkoncentration. I de kompletterande stegen styrs dosering av Fe2+ i aerob zon en utgående fosfatkoncentration på 0,15 mg/L och Fe3+ i anox zon mot en utgående fosfatkoncentration 0,20 mg/L.

§ Returslamdeoxzonen (RAS-Deox) är designad på ett korrekt sätt för att allt syre i det syrerika vattnet returslammet från MBR ska hinna förbrukas vid medelflöde.

§ Mängden lustgasutsläpp verkar vara generellt låga och lägre jämfört med konventionella aktiv slam-reningslinjer.

§ Kvävereningen blir mer effektiv om nitratrecirkulationen går från början av efterdenitrifikationszonen (BR5) istället för i slutet av denna zon (BR6).

§ Vid utvärdering av två olika kolkällor visade sig Brenntaplus ha en lägre totalkostnad jämfört med NaAc, trots att större mängder Brenntaplus behövde användas för att uppnå önskad kväverening.

§ I samband med CIP har höga halter av AOX noterats i permeatet. Ytterligare analyser av detta kommer att genomföras under försöksår 3.

§ Mikrofloran i slammet är ej densamma i linje SSV L1 MBR och i Henriksdals ARV. Båda följer dock en årlig cykel och sammansättningen var vid provtagningens avslut ungefär densamma som vid dess start (ett år tidigare) för både SSV L1 MBR och Henriksdal ARV.

§ Vid ”soaking” CIP ökade permeabiliteten kraftigare än efter en normal CIP.

§ Lägre pH på oxalsyran i samband med CIP resulterade i en kraftigare ökning av permeabilitet, samt höga halter av utgående järn efter genomförd CIP, jämfört mot en normal CIP.

§ CIP på en membranenhet i taget, för att försäkra att båda membranenheterna genomgår likadana reningsprocesser, jämnade ut permeabilitetsskillnanderna i membranen.

Swedish wastewater treatment plants (WWTPs) expect more stringent discharge criteria for nitrogen and phosphorous as new treatment permits are issued in the near future. Several WWTPs assume the new discharge criteria to be 6 mg/l of total nitrogen, 6 mg/l of BOD and 0.2 mg/l total phosphorous. It is not yet known if the criteria should be reached on a yearly, quarterly or monthly basis. New permits – effluent limits and averaging conditions – will require reconstructions and process adaptions at the wastewater treatment plants. It is today not known how and to what extent such new discharge criteria will affect the total environmental impact from Swedish wastewater treatment plants from a systems perspective. This presentation will show how mathematical process modelling combined with Life Cycle Assessment (LCA) modelling was performed for three Swedish wastewater treatment plants (Henriksdal, Käppala and Kungsängen WWTPs). The objective was to evaluate how the total environmental impact of the respective WWTP changes as measures are taken in order to meet new and more stringent discharge criteria for nitrogen and phosphorus.

Käppalaverket i Lidingö, Henriksdals reningsverk i Stockholm och Kungsängsverket i Västerås har varit projektets tre fallstudier. Miljöpåverkan har undersökts med hjälp av matematiska processmodeller och livscykelanalys (LCA). Fokus har varit att undersöka kategorierna klimat, övergödning, försurning, fossila resurser och materialresurser. När utsläppsvillkoren skärps kan det få stor effekt på miljöpåverkan från reningsverkens processer i förhållande till mängden vatten som renas, men det behöver inte få det. Det som framför allt påverkar utfallet är vilken reningsprocess man har i dag och i framtiden, hur den direkta lustgasavgången ändras vid skärpta utsläppskrav samt varifrån kolkällan kommer.

Ökad kemikalieanvändning, ökad dosering av kolkälla och en ökning av direkta utsläpp av växthusgaser leder till ökad användning av fossila resurser och materialresurser samt ökad klimatpåverkan. Alla reningsverk i studien behövde tillsätta kolkälla för att nå ner till 6 mg/l kväve i utgående vatten. Om kolkällan har fossilt ursprung kan det ge upp till tre gånger större påverkan från användning av fossila resurser jämfört med idag.

Aktivslamprocessen var det processteg som oftast bidrog mest till klimatpåverkan, förbrukning av fossila resurser och materialresurser. Däremot var slamlagret det processteg som bidrog mest till ökad försurning på grund av läckage av ammoniak. Exemplen visar att avloppsreningsverk som i dag använder aktivslamprocessen kan få kraftigt ökad negativ miljöpåverkan till följd av ändrad processlösning, till exempel vid införande av membranbioreaktor med stort behov av luftning och kemikalier. En ändring kan också bidra till minskad negativ miljöpåverkan. Ett exempel är införande av separat rening av rejektvatten från slamrötningen med anammoxprocess, om det kan bidra till minskad avgång av lustgas. Metoden som tagits fram i projektet kan användas för att se hur val av reningsteknik, driftstrategi och val av kemikalier inverkar på miljöpåverkan från svenska avloppsreningsverk. Den är bäst lämpad för att studera effekten av skärpta utsläppskrav på kväve.

Resultaten av systemanalyser och simuleringar av det här slaget påverkas i hög grad av val när det gäller metod och utförande. I rapporten har resultaten från livscykelanalysen inte sammanvägts till ett sammanfattande mått på total miljöpåverkan. Därmed har det inte gjorts en rangordning av vilken miljöpåverkan som är viktigast att undvika. En sådan avvägning behöver göras om resultaten ska kunna fungera som beslutsunderlag.