Rening av avloppsvatten med hjälp av svamp

Dagens reningsverk kan inte hantera de flesta läkemedelsrester och andra mikroföroreningar som kommer till reningsverket vilket resulterar i att de återfinns i våra akvatiska miljöer. Därför pågår mycket forskning kring hur mikroföroreningar kan hanteras och avlägsnas innan de kommer till recipienten. Detta arbetet är indelat i en litteraturstudie samt en empirisk undersökning. Syftet med arbetet har varit att undersöka hur reningsverken ser ut idag, varför de inte är tillräckligt effektiva vid eliminering av läkemedel och andra mikroföroreningar, om mykoremediering (rening med hjälp av svamp) kan vara en möjlighet för avancerad rening av läkemedelsrester i avloppsvatten samt vad konsekvenserna blir på miljön på grund av den ineffektiva reningen i reningsverken. Vidare har syftet varit att undersöka hur mycket av enzymet lackas som kan utvinnas ur en viss mängd substrat koloniserat av ostronskivling genom ett experiment. Resultatet visar att enzymet lackas, som utsöndras av de vitrötesvampar som används vid mykoremediering, kan påverka strukturen/bryta ner flertalet olika mikroföroreningar och oskadliggöra dessa. Svampar kan även hantera mikroföroreningar genom att absorbera eller adsorbera dessa och därmed frigöra avloppsvattnet från föroreningar. Substratet är billigt och det krävs ingen extern energi förutom födan/substratet för svampen vilket ofta innebär döda växtdelar. Experimentet visade mängden lackas som producerades av ostronskivling och genom beräkningar kunde mängden substrat som krävs (med bestämd enzymaktivitet) för att hantera en kubikmeter avloppsvatten beräknas. Studien visar att mykoremediering är en metod som fortfarande är under utveckling men visar stor potential för att så småningom implementeras i reningsverken för avancerad rening av avloppsvatten.Today´s wastewater treatment plants are unable to clean wastewater of most micropollutants, including pharmaceuticals that pass the treatment plant. This results in the presence of these substances in our aquatic environments. This essay is divided into two parts, a literature study and an experimental analysis. The aim of this study was to investigate how wastewater treatment plants operate, why they are inefficient at eliminating pharmaceuticals and other micropollutants, if mycoremediation could be an effective method for advanced purification of pharmaceuticals in wastewater and finally, what the consequences for the environment caused by the ineffective purification in the treatment plants are. Further, the aim has been to examine to what degree the enzyme laccase can be secreted from a specific amount of substrate colonized by oyster mushroom through an experiment. The result indicates that the enzyme laccase, secreted by the white rot fungi which are used for mycoremediation, has the ability to alter or degrade the structures of different micropollutants, making them harmless. Another way for fungi to handle micropollutants is to absorb or adsorb these from the contaminated wastewater and thereby freeing the water from pollutants. The substrate is cheap and the method requires no external energy except for the fungal feed which usually consists of dead plant material. From the experiment we calculated the amount of laccase produced by the oyster mushroom and the amount of substrate required to treat one cubic meter of wastewater (while maintaining enzyme activity above a specific level). This study shows that mycoremediation is a method which is still under development, although it indicates that the implementation of mycoremediation into wastewater treatment plants for advanced purification is not too far away

Renewable energy from wastewater grown microalgae - a concept for nutrient recycling and sustainable energy recovery

Wastewater is an excellent source of nutrients and energy. By treating the wastewater in a clever way, it is possible to both recycle nutrients and recover energy, and thereby create opportunities for a sustainable system. In conventional wastewater treatment where the activated sludge process is used, aeration is needed and a lot of biomass is produced. In regions with warmer climate, or if low-valuable heat is available for heating this technique could be replaced with an anaerobic one. With anaerobic techniques, less sludge is produced, the need for aeration is decreased and potentially more energy can be recovered. An increased interest in renewable energy sources has put demand on finding suitable substrates for production of biobased fuels. For this purpose, algal biomass presents interesting characteristics. Algae use sunlight, carbon dioxide and nutrients for growth. One of the hurdles with production of algal biomass is nutrient supply but this can be solved by growing algae in wastewater. In this way two problems are solved: the algae are supplied with nutrients at the same time as nutrient reduction in the wastewater is accomplished. In this study, the feasibility of integrating an algal step in a wastewater treatment system was evaluated based on a series of laboratory experiments. Further, a concept for wastewater treatment including an Anaerobic Moving Bed Biofilm Reactor (AnMBBR) and algal cultivation was compared to an existing wastewater treatment plant (WWTP). Nutrient reduction over the algal cultivation showed more than 97% reduction of phosphate and more than 84% reduction of ammonium. Algal harvesting experiments showed that it was possible to efficiently separate algal biomass and treated water by sedimentation for 30 minutes after flocculation by addition of ferric chloride and cationic polymer. These experiments also showed that it was possible to meet the discharge limits for P-tot (0.3 mg/L), N-tot (10 mg/L) and COD (70 mg/L). Harvesting efficiency of up to 96% was achieved. Methane potential from primary sludge was found to be 295 NmL/gCOD and for untreated microalgae, dominated by Scenedesmus sp., 95-108 NmL/gCOD. In batch tests, no synergistic effects could be seen for co-digestion of algae and primary sludge. The methane yield for algal biomass was increased by 46% when pretreated at 120°C for 30 minutes and by 74% when pretreated at 170°C for 30 minutes. Evaluation of the proposed concept showed that the ratio between primary sludge and algae would be 32:68 on volatile suspended solids basis, if algae are grown 12 months per year. Compared to a conventional WWTP which uses the activated sludge process, the yield of methane was 35% higher without pretreatment, and up to 75% higher if pretreatment is applied. Finally, it was found that microalgae have a great potential for biogas production compared to some energy crops. The energy potential of algae was found to be 60-160 MWh/(ha year) depending on pretreatment and cultivation period (8-12 months/year).I dagens samhälle används stora mängder vatten som måste renas innan det släpps tillbaka ut i naturen. Rening av vattnet sker i avloppsreningsverk som ska minska mängden organiskt material och mängden näringsämnen i vattnet innan det släpps ut. Om vattnet inte renas finns det en risk för negativ påverkan på sjöar och vattendrag, t.ex. övergödning. Fosfor är ett av de näringsämnen som finns i avloppsvatten och som ofta behöver tillsättas som gödsel i jordbruk. Genom att återvinna fosforn som finns i avloppsvatten minskar belastningen på jordklotets ändliga fosforreserver. En annan vinst med att återvinna näringsämnen från avloppsvatten är att energiförbrukningen kan minska. Vanligtvis fixeras kväve från luften, i en energikrävande process, för att användas som gödningsmedel. Om kvävet i avloppsvattnet istället används minskar energiförbrukningen. Eftersom efterfrågan på förnybara energikällor ökar, krävs det nya system för att möta efterfrågan. Genom att betrakta avloppsvatten som en resurs finns det positiva vinster att göra. Det organiska materialet i avloppsvattnet kan omvandlas till biogas genom att det behandlas i syrefri miljö. Biogasen kan användas för att generera el och värme eller som fordonsbränsle. I konventionell avloppsvattenrening används ofta ett luftat steg där mycket av energin går förlorad. Genom att byta ut detta steg mot ett syrefritt kan mer av energin tas tillvara. Detta är möjligt i lite varmare klimat, eller om spillvärme finns tillgänglig för uppvärmning. Vidare har det även föreslagits att biobaserade bränslen, t.ex. biogas kan produceras från mikroalger. Mikroalger är mikroskopiskt små organismer som på samma sätt som växter utnyttjar fotosyntesen. Det betyder att de med hjälp av solljus kan omvandla koldioxid och vatten till kolhydrater. Förutom koldioxid och solljus behöver algerna näringsämnen såsom kväve och fosfor. Ett problem har varit att på ett hållbart sätt förse algerna med tillräckliga mängder näringsämnen. Därför har det föreslagits att alger kan odlas i avloppsvatten. På detta sätt uppnås två mål samtidigt; vattnet renas och algerna förses med den näring de behöver. När algerna tagit upp näringsämnena från avloppsvattnet, separeras algbiomassan och används för biogasproduktion. Vattnet har blivit renat och kan släppas ut utan att påverka den omgivande naturen negativt. Biogasprocessen kallas även rötning. Det som blir kvar efter att det organiska materialet omvandlats till biogas kallas rötrest. Rötresten innehåller de näringsämnen som fanns i materialet från början. Detta betyder att det går att skapa ett kretslopp om alger används för näringsreduktion i avloppsvattenrening. Algerna tar upp näringen från vattnet när de växer. När algerna sedan rötas omvandlas den organiska delen av algerna till biogas och näringsämnena stannar kvar i rötresten. Rötresten kan användas som gödningsmedel och biogasen kan användas till el- och värmeproduktion eller som fordonsbränsle. När biogasen förbränns avges koldioxid men eftersom algerna tar upp koldioxid när de växer, fås även ett kretslopp för kol. För att öka tillväxten hos algerna kan extra koldioxid tillsättas i odlingen. Syftet med detta examensarbete var att undersöka om det går att rena avloppsvatten med hjälp av mikroalger och sedan använda mikroalgerna för produktion av biogas. Den experimentella delen av arbetet fokuserade på hur algerna kan separeras från vattnet, hur mycket biogas som kan produceras och hur värmebehandling av algerna påverkar hur mycket biogas som bildas. Resultaten ledde fram till en jämförelse mellan ett befintligt avloppsreningsverk och en möjlig ny design. Resultaten visade att tillräckligt hög reningsgrad gick att uppnå med hjälp av alger och att den totala mängden biogas som kunde utvinnas var högre än vid det befintliga verket som användes vid jämförelsen. Det visade sig också att det gick att utvinna mer biogas genom att värmebehandla algerna. Även om vidare utredningar behövs så verkar avloppsvattenrening med hjälp av mikroalger och biogasproduktion från algerna vara ett mycket lovande koncept

Evaluation of Biological Hydrolysis Pre-treatment and the Biogas Potential of Sludge from Compact Waste Water Treatment

Med anledning av de ökande utsläppskraven för avloppsreningsverk kommer ökade resurser i form av elektricitet och kemikalier att krävas om dagens teknologi ska användas även i fortsättningen. Följaktligen undersöks för tillfället mer effektiva metoder, vilka tillåter inte bara rening av avloppsvattnet utan även erbjuder en möjlighet att ta tillvara på de resurser som finns i avloppsvattnet. En resurs av särskilt intresse för den här studien är det organiska materialet, vilket kan användas för produktion av förnyelsebar energi. Ett innovativt kompakt avloppsreningskoncept utvärderas för närvarande i forskningsprojektet ”Den varma och rena staden”. En pilotanläggning har installerats på Källby avloppsreningsverk i Lund, bestående av ett trumfilter följt av ett membran för mikrofiltrering och ett biomimetiskt membran för osmos. Syftet med det nya konceptet är att det ska ersätta försedimenteringen och det aktiva slamsteget på ett konventionellt avloppsreningsverk. En av fördelarna med detta koncept är en ökad avskiljning av organiskt material från avloppsvattnet till sidoströmmarna som genereras. Genom ytterligare tillsats av fällningskemikalier, kan avskiljningsgraden för suspenderade partiklar och fosfor ökas ytterligare. I denna studie har sidoströmmarna som genereras av trumfiltret och mikrofiltreringsmembranet utvärderats med hänsyn till deras lämplighet för anaerob rötning. Genom satsvisa rötförsök har metanpotentialen för trumfilterslammet med och utan kemisktförbättrad förbehandling jämförts med den för det konventionellt genererade slammet på Källby avloppsreningsverk. Vidare, för att öka lösligheten av organiskt material och genom detta även biogasproduktionen har dessutom möjligheten att använda biologisk hydrolys som förbehandlingssteg innan den anaeroba rötningen utvärderats. Resultaten från de satsvisa rötförsöken med obehandlat respektive kemiskt förbehandlat trumfilterslam visade en högre metanpotential än det motsvarande konventionella blandslammet som för tillfället rötas i rötkamrarna på Källby avloppsreningsverk. En ännu högre metanpotential uppnåddes när biologisk hydrolys tillämpades som förbehandling av det råa respektive kemiskt förbehandlade trumfilterslammet. Förutom högre metanpotentialer för trumfilterslammet, påvisades även en snabbare metanproduktion för trumfilterslammet i början av de satsvisa rötförsöken. Vidare ledde användningen av biologisk hydrolys som förbehandlingssteg även till en ökad löslighet av de organiska materialet i slammet från den kompakta avloppsreningsprocessen. Specifikt ökade den uppmätta mängden av lättflyktiga fettsyror, vilket är en viktig komponent i produktionen av metan, och bidrog till en ökad metanpotential i de satsvisa rötförsöken. Dessutom visade sig, genom mätningar av slamvolymindexet, både trumfilterslammet och retentatet från membranet för mikrofiltrering möjligt att förtjocka även om ytterligare analyser och tester krävs för att fastställa vilken metod som är den mest lämpade. Ytterligare undersökningar krävs även för att utvärdera metanpotentialen för slammet som framställs från de olika konfigurationerna för den kompakta pilotanläggningen för rening av avloppsvatten.Due to increasingly stringent outlet demands from waste water treatment plants, more resources in the form of electricity and chemicals will be needed if today’s technology is to be used henceforth. Consequently, more efficient methods are being investigated, which allow not only for the waste water to be treated but also offer an opportunity to utilise the resources present within the waste water. A resource of particular interest for this study is the organic matter, which can be used for the production of renewable energy. An innovative compact waste water treatment concept is currently being evaluated in the research project “Den varma och rena staden” (The warm and clean city). A pilot plant has been installed at the Källby waste water treatment plant in Lund consisting of a drum filter followed by a microfiltration membrane and a biomimetic membrane for forward osmosis. The idea of this new concept is to replace the primary clarifier and activated sludge step of a conventional waste water treatment plant. One of the advantages of this concept is an augmented extraction of organic matter from the waste water to the side streams generated. By the additional use of chemically enhanced primary treatment the separation efficiency of suspended solids and phosphorus can be further enhanced. In the present study the side streams generated by the drum filter and the microfiltration membrane have been evaluated with regard to their suitability for anaerobic digestion. By means of biochemical methane potential tests, the methane potential of the drum filter sludge with and without chemically enhanced primary treatment was compared to that of the conventionally generated sludge at Källby waste water treatment plant. Furthermore, in order to increase the solubilisation of organic matter and by that the biogas production the potential of using biological hydrolysis as a pre-treatment step before the anaerobic digestion has been evaluated as well. The results from the biochemical methane potential tests using non-hydrolysed raw respectively chemically pre-treated drum filter sludge showed a higher methane potential than for the conventional mixed sludge currently fed to the anaerobic digesters at Källby waste water treatment plant. An even higher methane potential was achieved when using biological hydrolysis to pre-treat the raw respectively chemically pre-treated sludge. In addition to higher methane potentials for the drum filter sludge, a faster initial methane production was also seen for the drum filter sludge in the biochemical methane potential tests. Furthermore, the application of biological hydrolysis as a pre-treatment step led to an increased solubilisation of the organic matter in the sludge from the compact waste water treatment process. Especially the measured amount of volatile fatty acids, a necessary component used for the production of methane, increased and conduced to a higher methane potential in the biochemical methane potential tests. Moreover, both the drum filter sludge and the membrane retentate proved to be possible to thicken through measurements of the sludge volume index, although further analyses and tests are needed in order to determine the most suitable method. Further investigations are also required in order to evaluate the methane potential of the sludge generated for the other configurations of the compact waste water treatment pilot plant

Jämförelse av termofil och mesofil slamrötning på Hammarby Sjöstadsverks MBR-pilotanläggning för avloppsvattenrening

Anaerobic digestion is a commonly used method for stabilisation of sewage sludge and production of biogas at municipal wastewater treatment plants (WWTPs). The hydraulic retention time for sludge in the digestion reactors is about 16 days at Henriksdal WWTP in Stockholm. As Henriksdal WWTP is being extended and rebuilt for increased capacity, the hydraulic retention time will be decreased to 14 days. The present study investigated to what extent further decrease in retention time is possible by evaluating data from stress tested anaerobic digestion processes. The study also investigated methods for analysis of volatile fatty acid (VFA) as well as estimation of methane production. The present pilot study, conducted at Hammarby Sjöstadsverk pilot facility, proves that anaerobic digestion can prevail at nine to four days retention time. A retention time of four days resulted, however, in a specific methane production which was 42-48% lower than at Henriksdal WWTP at thermophilic (55 °C) and mesophilic (37 °C) temperatures. The ratio between VFA and alkalinity stayed within normal levels during both stress tests, indicating stable processes. Unexpectedly, VFA did not increase substantially during the stress tests. This might be explained by low organic loading rate and low degradability of the substrate. Alkalinity, however, was one of the first parameters to decrease below normal levels, possibly due to lower nitrogen mineralisation. Although this study shows that it is possible to maintain a viable anaerobic digestion process at nine to four days retention time, the loss of buffering capacity and lower methane generation should discourage long term operation at short retention times. The present study also suggests spectrophotometric VFA analyses for detection of low VFA concentrations as well as methane production estimations based on reduction of fat, protein and carbohydrate

Glesbygdens avloppsvatten. Lagstiftning och praktik

Ändringen av miljöskyddslagen vad gäller behandlingen av glesbygdens avloppsvatten trädde i kraft den 9 mars 2011. Kraven har preciserats i statsrådets förordning om behandling av hushållsavloppsvatten i områden utanför avloppsnätet. Den nya förordningen trädde i kraft den 15 mars 2011 och ersätter den tidigare förordningen från 2003. Publikationen behandlar den nya lagstiftningen och andra bestämmelser och föreskrifter som inverkar på behandlingen av avloppsvatten på glesbygden och hur dessa tillämpas i praktiken. I publikationen beskrivs behandlingskraven gällande glesbygdens avloppsvatten, hur kraven kan uppfyllas samt många andra slags åtgärder för att förbättra reningen av avloppsvatten. En viktig utgångspunkt är god och sakkunnig planering av avloppsvattensystemet. Publikationen ger svar på frågor som figurerat i offentligheten gällande avloppsvattenrening på glesbygden. Den är framför allt ett stöd för de sakkunniga som i sitt arbete kommer i kontakt med behandling av avloppsvatten