Resurssnål och miljövänlig avloppsrening

Resurssnål och miljövänlig avloppsrening

Ett avloppsreningsverks främsta uppgift är att ta emot och rena avloppsvatten. Reningen ska också möjliggöra återvinning och återanvändning av avloppsvattnets innehåll, genomföras på ett resurssnålt sätt samt inte bidra till global upphettning eller annan miljöpåverkan.

Många befintliga reningsverk står inför allt strängare utsläppskrav, kapacitetsbrist på grund av ökande belastning, och en omgivande bebyggelse som kryper närmare. Därför kan det krävas om- och utbyggnader, samtidigt som kostnader för investeringar och drift ska vara rimliga.

Avloppsrening kräver resurser

Avloppsreningen kräver resurser framför allt i form av el, kemikalier, bassänger, maskinell utrustning och personal. Tuffare reningskrav för att öka kvaliteten på det renade avloppsvattnet kan leda till ett större resursbehov. Digitalisering och automation/reglering är viktiga verktyg för att minska resursbehovet, men det finns fortfarande en stor potential i utveckling av nya biologiska, fysikaliska och kemiska reningsmetoder.

Miljö- och klimatpåverkan

En resurssnål rening innebär ofta en lägre miljöpåverkan, men inte alltid. Klimatpåverkan från avloppsvattenrening kan vara betydande vid direkta emissioner av lustgas, metan och fossil koldioxid. Både mätningar av utsläpp och systemanalyser är viktiga för att kunna bedöma ett reningsverks miljöpåverkan.

Syfte och mål

Syftet med detta fokusområde är att utveckla nya avloppsreningsprocesser, men även att vidareutveckla befintliga processer och processkombinationer som leder till resurssnåla, miljövänliga, kompakta och robusta avloppsreningsverk med god arbetsmiljö.

 

Vad jobbar Sweden Water Research med inom detta område?

Öka mängden organiskt material som kan nyttiggöras

Det organiska materialet i avloppsvattnet kan på olika sätt utvinnas och användas som energikälla och som mull och kolsänka i jordbruksmark. Ifall organiska ämnen i avloppsvattnet passerar förbehandlingen på reningsverket, och går vidare till den luftade delen av den biologiska reningen försvinner cirka hälften av kolet som koldioxid. Dessutom krävs energi för att för att lufta vattnet och upprätthålla den mikrobiella aktiviteten. Organisk kolkälla från avloppsvattnet är samtidigt en nödvändig tillgång i de oluftade zonerna, för dagens konventionella biologiska kväve- och fosforavskiljning via denitrifikation och aerobt lyxupptag av fosfor.

För att öka mängden organiskt material till slambehandlingen jobbar vi med att

  • förbättra fysikalisk-kemisk avskiljning av organiska ämnen,
  • producera intern kolkälla för biologisk kväve- och fosforavskiljning, och
  • implementera anaerob ammoniumoxidation (anammox).

Minska energianvändningen vid luftning

Luftningen i den biologiska reningen står normalt för 30-50 % av elanvändningen vid svenska avloppsreningsverk. Vi jobbar med att försöka minska behovet av luftning men försöker också göra luftningen mer effektiv.

Detta gör vi genom att

  • minska belastningen på de luftade biologiska processerna (bättre förbehandling, införa anammox), och
  • förbättra design, styrning, drift och underhåll av befintliga och nya luftningsanläggningar.

Kompakt avloppsrening

Vid om- och utbyggnation av avloppsreningsverk behöver reningen på verket fortgå under tiden. Dessutom har ofta platstillgängligheten minskat på grund av tidigare utbyggnationer och att bebyggelsen runt om kryper närmare. Kompakt avloppsrening är ofta därför att föredra vid om- och utbyggnation.

Kompakta lösningar har dock länge varit förknippat med högre energianvändning, t ex vid införande av membranbioreaktorer (MBR). Aerobt granulärt slam (AGS) är dock en teknik som både är kompakt och energisnål. För- och efterfiltrering är mer kompakta lösningar än exempelvis sedimentering, och ökar kolavskiljningen respektive förbättrar kvaliteten på det renade vattnet. Innovativa lösningar med rörliga bärare (Moving Bed Biofilm Reactors = MBBR) som inkluderar anammox kan också generera kompakta och energisnåla lösningar.

För tillfället jobbar vi med att studera

  • uppstart och drift av Nordens första AGS-anläggning,
  • avskiljningseffektiviteten i förfiltrering,
  • direkt membranfiltrering, och
  • kompakta och energisnåla MBBR-lösningar.

Minska växthusgasemissioner

Kommunal avloppsvattenrening leder till direkta emissioner av de kraftiga växthusgaserna lustgas och metan. Biologisk kväveavskiljning på kommunala avloppsreningsverk kan orsaka emissioner av den kraftiga växthusgasen lustgas, och kan ofta stå för en mycket stor andel av avloppsreningens klimatavtryck. Utsläpp av metan sker vid rötgas- och rötslamshantering. Metanutsläpp sker även vid reningsverkets inlopp på grund av metanbildning i ledningsnätet. Slamlagring genererar också lustgas- och metanutsläpp.

Vi jobbar med att

  • studera lustgasemissioner och utveckla strategier för att minska dessa vid studier av nya biologiska processlösningar,
  • utveckla metodik för lustgas- och metanemissionsmätningar från bassänger,
  • studera processlösningar för att undvika efterdenitrifikation med fossil kolkälla, och
  • genomföra miljösystemanalyser för studier av nya tekniska lösningar.

Processmodellering och modellprediktiv styrning

Genom att använda matematiska modeller är det möjligt att få en ökad förståelse för hur processer fungerar utan att genomföra, eller åtminstone prioritera bland, tids- och resurskrävande försök.

Digitaliseringen möjliggör mer avancerad automation samt generering och lättare hantering av större datamängder på reningsverken. Modellprediktiv styrning, där processmodeller används för att simulera en mängd utfall beroende på värdet på styrsignalen, kan leda till kostnads- och energibesparingar samt bättre kvalitet på renat avloppsvatten.

Vi jobbar med att

  • sätta upp datamodeller vid studier av processlösningar för att exempelvis förstå randvillkor och utveckla styrstrategier, och
  • implementera modellprediktiv styrning på ett reningsverk.

Mål för fokusområdet

På 4 års sikt, år 2025, ska vi veta hur vi:

  • utnyttjar inkommande kol på bästa sätt,
  • kan bygga ut med ett mycket litet ytbehov,
  • kan minska våra lustgasutsläpp, och
  • kan effektivisera vår drift genom modellprediktiv styrning.