Karlstads universitet 651 88 Karlstad

Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60

Informationkause wwwkause

Fakulteten foumlr haumllsa natur- och teknikvetenskap

Miljouml- och energisystem

Elin Calestam

Biorening i smaring reningsverk

vid enskilda avlopp

med houmlg organisk belastning

Utredning och aringtgaumlrdsfoumlrslag

Examensarbete 30 hp

Civilingenjoumlrsprogrammet i energi- och miljoumlteknik

Juni 2015

Handledare Ola Holby

Examinator Roger Renstroumlm

Biological treatment of wastewater with

high concentrations of organic matter

in decentralized treatment plants

Investigation and proposals for action

I

Sammanfattning

Rent vatten aumlr en foumlrutsaumlttning foumlr allt liv paring jorden men utslaumlpp av foumlroreningar fraringn

maumlnskliga aktiviteter snedvrider ekosystemen med allvarliga konsekvenser som foumlljd

Bristfaumlllig rening och utslaumlpp av obehandlat avloppsvatten till naturen orsakar syrebrist

och oumlvergoumldning i vattenmiljoumler I svenska staumlder renas avloppsvatten i kommunala

reningsverk genom mekanisk biologisk och kemisk rening Utanfoumlr staumlderna daumlr

kommunal anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp

som renar avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll

Avloppsvatten fraringn bensinstationer renas ofta i enskilda avloppsanlaumlggningar daumlr smaring

reningsverk blir en allt vanligare reningsmetod Reningsverken dimensioneras utifraringn en

branschgemensam definition av husharingllsavlopp vilken kan avvika starkt fraringn det

avloppsvatten som produceras i fastigheten till foumlljd av avsaknad av bad- disk- och

tvaumlttvatten Framfoumlrallt aumlr houmlga halter av organiskt material och kvaumlve orsaker till

skillnaderna Naturvaringrdsverkets krav foumlr utslaumlpp fraringn enskilda avlopp foumlrvaumlntas vara

uppfyllda aumlven foumlr avloppsvattnet fraringn bensinstationer trots att foumlrutsaumlttningarna i

avloppet skiljer sig avsevaumlrt fraringn de som ligger till grund foumlr kraven

I utredningen ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material fraringn bensinstationer De tvaring reningsverken med biofilmsprincip har

problem att klara kraven foumlr rening av kvaumlve Dessutom undersoumlks inverkan av en

reservoar och hypotesen aumlr att den genomsnittliga reningsgraden oumlkar daring reservoaren

utjaumlmnar de starkt varierande floumldena I reningsverket med aktivt slam uppstaringr problem

med att det aktiva slammet doumlr och avger fraumlna lukter Prover togs och analyserades vid

samtliga reningsverk Utredningen syftar till att finna orsakerna bakom de nedsatta

reningsgraderna och foumlreslaring aringtgaumlrder De fraringgor som staumllls aumlr hur kvaumlvereningen

fungerar i biofilmsanlaumlggningarna och hur den kan foumlrbaumlttras samt vad orsakerna aumlr till

varfoumlr det aktiva slammet doumlr och hur det kan undvikas

Resultaten pekade paring fosforbrist i reaktorerna paring biofilmsanlaumlggningarna vilket

haumlmmade mikroorganismernas aktivitet vid reduktion av organiskt material som

foumlrsvaringrade moumljligheterna till kvaumlvereduktion Storleken paring tankarna var sannolikt foumlr

smaring eller foumlr faring i foumlrharingllande till den houmlga organiska belastningen Reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen hade enligt utredningen en utjaumlmnande effekt paring reningsgraden av

kvaumlve och fosfor men hade ingen paringverkan paring reduktionen av organiskt material I

aktivslamanlaumlggningen orsakade den houmlga halten organiskt material syrebrist vilket

tillsammans med sulfat fraringn faumlllningskemikalien ledde till bildandet av illaluktande

vaumltesulfid samt det giftiga och svarta jaumlrnsulfid

Foumlr att oumlka reningsgraden av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna foumlreslarings att

fosforreduktionen placeras efter den biologiska reningen och tillsats av en annan typ av

flockningsmedel i slamavskiljaren rekommenderas foumlr att underlaumltta reduktionen av

organiskt material Foumlr att undvika sulfidbildning i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs en

oumlkad syresaumlttning En kloridbaserad faumlllningskemikalie foumlrordas framfoumlr en

sulfatbaserad eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

II

Abstract

Clean water is essential for all life but emissions of pollutants from human activities are

disturbing the balance in ecosystems leading to severe consequences Poor treatment of

domestic wastewater can cause anoxic waters and eutrophication in aquatic

environments In Swedish cities domestic wastewater is treated in municipal

wastewater treatment plants through mechanical biological and chemical treatments

Where connection to the municipal wastewater treatment plants is not available the

wastewater from a single or a few households are treated in decentralized treatment

plants Wastewater mainly from toilets on gas stations is a typical example of

individual sewage and decentralized treatment plants are becoming more common The

decentralized treatment plants are dimensioned based on an industry-wide definition of

domestic sewage which can differ greatly from the sewage produced in gas stations

because of the lack of diluting bathing and washing water The high concentration of

organic matter and nitrogen is mainly the explanation to the differences Regulation for

emissions from domestic wastewater that has been made by the Swedish Environmental

Protection Agency applies to this special wastewater even though the preconditions in

the wastewater are significantly different from the ones that form the basis for the

requirements

This study includes three decentralized treatment plants treating domestic wastewater

with a high organic load having problems to meet the requirements of the authorities

Two of the treatment plants are based on the principle of fixed biofilm and is

investigated because of their inadequate reduction of nitrogen The difference between

the two plants is a reservoir and a hypothesis is that it has a positive effect of the total

reduction rate by smoothing of the incoming flow The third treatment plant is a batch

reactor with activated sludge that now and then has problems with pungent odors and

dead activated sludge colored black Samples were taken and analyzed at all treatment

plants The questions posed are how the reduction of nitrogen is working in the biofilm

plants and how it can be improved as well as the question about the reasons behind the

dead sludge in the batch reactor with activated sludge and how it is prevented The

effect of the reservoir on the reduction rate is also investigated

The results revealed a lack of phosphorus in the bioreactors with fixed biofilm which

inhibited the microbial activity and thus the reduction of organic matter and nitrogen

The size of the reactors was at the same time probably too small relative to the organic

load The investigation showed that the reservoir in the biofilm plant had a positive

effect on the reduction rate for total nitrogen and phosphorus The high concentration of

organic matter caused poor oxygen exchange in the batch reactor with activated sludge

leading to the formation of toxic hydrogen sulfide and iron sulfide The sulfides

explained the bad odors and why the activated sludge died The proposed action for the

biofilm plant is to place the reduction of phosphorus after the biological treatment for

example filtration In the batch reactor with activated sludge is increased oxygen

exchange suggested in combination with a new precipitation chemical that is not based

on iron sulfate but chloride because access to sulfate enables the formation of sulfides

III

Foumlrord

Den haumlr rapporten aumlr ett examensarbete som omfattar 30 houmlgskolepoaumlng och har

genomfoumlrts som en avslutning paring utbildningen till civilingenjoumlr i energi- och

miljoumlteknik vid Karlstads universitet Arbetet genomfoumlrdes i samarbete med AringF

Infrastructure AB i Borarings med handledning av Per Grudeacuten

Examensarbetet har redovisats muntligt foumlr en i aumlmnet insatt publik Arbetet har daumlrefter

diskuterats vid ett saumlrskilt seminarium Foumlrfattaren av detta arbete har vid seminariet

deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete

Jag vill tacka handledare Ola Holby examinator Roger Renstroumlm samt Karin Granstroumlm

paring Karlstads universitet foumlr hjaumllp och stoumlttning med aumlmnesfraringgor samt rapportskrivning

Jag vill ocksaring tacka leverantoumlrerna till reningsverken som bidragit med information och

fakta Slutligen vill jag tacka alla som paring naringgot saumltt hjaumllpt till med rapporten och daring

framfoumlrallt min faumlstman Simon som stoumlttat mig i alla vaumlder

Elin Calestam

KarlstadBorarings juni 2015

IV

Begrepp

Aerob Fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anaerob Varken fritt syre eller kemiskt bundet syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anox Inget fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Batch En sats avloppsvatten

BOD7 Biokemiskt syrebehov under 7 dagar

CODcr Kemiskt syrebehov som bestaumlmts med kaliumdikromat som reagens

NH4 Ammonium

NO3 Nitrat

SBR Satsvis biologisk reaktor

TN Totalkvaumlve

TP Totalfosfor

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

I

Sammanfattning

Rent vatten aumlr en foumlrutsaumlttning foumlr allt liv paring jorden men utslaumlpp av foumlroreningar fraringn

maumlnskliga aktiviteter snedvrider ekosystemen med allvarliga konsekvenser som foumlljd

Bristfaumlllig rening och utslaumlpp av obehandlat avloppsvatten till naturen orsakar syrebrist

och oumlvergoumldning i vattenmiljoumler I svenska staumlder renas avloppsvatten i kommunala

reningsverk genom mekanisk biologisk och kemisk rening Utanfoumlr staumlderna daumlr

kommunal anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp

som renar avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll

Avloppsvatten fraringn bensinstationer renas ofta i enskilda avloppsanlaumlggningar daumlr smaring

reningsverk blir en allt vanligare reningsmetod Reningsverken dimensioneras utifraringn en

branschgemensam definition av husharingllsavlopp vilken kan avvika starkt fraringn det

avloppsvatten som produceras i fastigheten till foumlljd av avsaknad av bad- disk- och

tvaumlttvatten Framfoumlrallt aumlr houmlga halter av organiskt material och kvaumlve orsaker till

skillnaderna Naturvaringrdsverkets krav foumlr utslaumlpp fraringn enskilda avlopp foumlrvaumlntas vara

uppfyllda aumlven foumlr avloppsvattnet fraringn bensinstationer trots att foumlrutsaumlttningarna i

avloppet skiljer sig avsevaumlrt fraringn de som ligger till grund foumlr kraven

I utredningen ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material fraringn bensinstationer De tvaring reningsverken med biofilmsprincip har

problem att klara kraven foumlr rening av kvaumlve Dessutom undersoumlks inverkan av en

reservoar och hypotesen aumlr att den genomsnittliga reningsgraden oumlkar daring reservoaren

utjaumlmnar de starkt varierande floumldena I reningsverket med aktivt slam uppstaringr problem

med att det aktiva slammet doumlr och avger fraumlna lukter Prover togs och analyserades vid

samtliga reningsverk Utredningen syftar till att finna orsakerna bakom de nedsatta

reningsgraderna och foumlreslaring aringtgaumlrder De fraringgor som staumllls aumlr hur kvaumlvereningen

fungerar i biofilmsanlaumlggningarna och hur den kan foumlrbaumlttras samt vad orsakerna aumlr till

varfoumlr det aktiva slammet doumlr och hur det kan undvikas

Resultaten pekade paring fosforbrist i reaktorerna paring biofilmsanlaumlggningarna vilket

haumlmmade mikroorganismernas aktivitet vid reduktion av organiskt material som

foumlrsvaringrade moumljligheterna till kvaumlvereduktion Storleken paring tankarna var sannolikt foumlr

smaring eller foumlr faring i foumlrharingllande till den houmlga organiska belastningen Reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen hade enligt utredningen en utjaumlmnande effekt paring reningsgraden av

kvaumlve och fosfor men hade ingen paringverkan paring reduktionen av organiskt material I

aktivslamanlaumlggningen orsakade den houmlga halten organiskt material syrebrist vilket

tillsammans med sulfat fraringn faumlllningskemikalien ledde till bildandet av illaluktande

vaumltesulfid samt det giftiga och svarta jaumlrnsulfid

Foumlr att oumlka reningsgraden av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna foumlreslarings att

fosforreduktionen placeras efter den biologiska reningen och tillsats av en annan typ av

flockningsmedel i slamavskiljaren rekommenderas foumlr att underlaumltta reduktionen av

organiskt material Foumlr att undvika sulfidbildning i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs en

oumlkad syresaumlttning En kloridbaserad faumlllningskemikalie foumlrordas framfoumlr en

sulfatbaserad eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

II

Abstract

Clean water is essential for all life but emissions of pollutants from human activities are

disturbing the balance in ecosystems leading to severe consequences Poor treatment of

domestic wastewater can cause anoxic waters and eutrophication in aquatic

environments In Swedish cities domestic wastewater is treated in municipal

wastewater treatment plants through mechanical biological and chemical treatments

Where connection to the municipal wastewater treatment plants is not available the

wastewater from a single or a few households are treated in decentralized treatment

plants Wastewater mainly from toilets on gas stations is a typical example of

individual sewage and decentralized treatment plants are becoming more common The

decentralized treatment plants are dimensioned based on an industry-wide definition of

domestic sewage which can differ greatly from the sewage produced in gas stations

because of the lack of diluting bathing and washing water The high concentration of

organic matter and nitrogen is mainly the explanation to the differences Regulation for

emissions from domestic wastewater that has been made by the Swedish Environmental

Protection Agency applies to this special wastewater even though the preconditions in

the wastewater are significantly different from the ones that form the basis for the

requirements

This study includes three decentralized treatment plants treating domestic wastewater

with a high organic load having problems to meet the requirements of the authorities

Two of the treatment plants are based on the principle of fixed biofilm and is

investigated because of their inadequate reduction of nitrogen The difference between

the two plants is a reservoir and a hypothesis is that it has a positive effect of the total

reduction rate by smoothing of the incoming flow The third treatment plant is a batch

reactor with activated sludge that now and then has problems with pungent odors and

dead activated sludge colored black Samples were taken and analyzed at all treatment

plants The questions posed are how the reduction of nitrogen is working in the biofilm

plants and how it can be improved as well as the question about the reasons behind the

dead sludge in the batch reactor with activated sludge and how it is prevented The

effect of the reservoir on the reduction rate is also investigated

The results revealed a lack of phosphorus in the bioreactors with fixed biofilm which

inhibited the microbial activity and thus the reduction of organic matter and nitrogen

The size of the reactors was at the same time probably too small relative to the organic

load The investigation showed that the reservoir in the biofilm plant had a positive

effect on the reduction rate for total nitrogen and phosphorus The high concentration of

organic matter caused poor oxygen exchange in the batch reactor with activated sludge

leading to the formation of toxic hydrogen sulfide and iron sulfide The sulfides

explained the bad odors and why the activated sludge died The proposed action for the

biofilm plant is to place the reduction of phosphorus after the biological treatment for

example filtration In the batch reactor with activated sludge is increased oxygen

exchange suggested in combination with a new precipitation chemical that is not based

on iron sulfate but chloride because access to sulfate enables the formation of sulfides

III

Foumlrord

Den haumlr rapporten aumlr ett examensarbete som omfattar 30 houmlgskolepoaumlng och har

genomfoumlrts som en avslutning paring utbildningen till civilingenjoumlr i energi- och

miljoumlteknik vid Karlstads universitet Arbetet genomfoumlrdes i samarbete med AringF

Infrastructure AB i Borarings med handledning av Per Grudeacuten

Examensarbetet har redovisats muntligt foumlr en i aumlmnet insatt publik Arbetet har daumlrefter

diskuterats vid ett saumlrskilt seminarium Foumlrfattaren av detta arbete har vid seminariet

deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete

Jag vill tacka handledare Ola Holby examinator Roger Renstroumlm samt Karin Granstroumlm

paring Karlstads universitet foumlr hjaumllp och stoumlttning med aumlmnesfraringgor samt rapportskrivning

Jag vill ocksaring tacka leverantoumlrerna till reningsverken som bidragit med information och

fakta Slutligen vill jag tacka alla som paring naringgot saumltt hjaumllpt till med rapporten och daring

framfoumlrallt min faumlstman Simon som stoumlttat mig i alla vaumlder

Elin Calestam

KarlstadBorarings juni 2015

IV

Begrepp

Aerob Fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anaerob Varken fritt syre eller kemiskt bundet syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anox Inget fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Batch En sats avloppsvatten

BOD7 Biokemiskt syrebehov under 7 dagar

CODcr Kemiskt syrebehov som bestaumlmts med kaliumdikromat som reagens

NH4 Ammonium

NO3 Nitrat

SBR Satsvis biologisk reaktor

TN Totalkvaumlve

TP Totalfosfor

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

II

Abstract

Clean water is essential for all life but emissions of pollutants from human activities are

disturbing the balance in ecosystems leading to severe consequences Poor treatment of

domestic wastewater can cause anoxic waters and eutrophication in aquatic

environments In Swedish cities domestic wastewater is treated in municipal

wastewater treatment plants through mechanical biological and chemical treatments

Where connection to the municipal wastewater treatment plants is not available the

wastewater from a single or a few households are treated in decentralized treatment

plants Wastewater mainly from toilets on gas stations is a typical example of

individual sewage and decentralized treatment plants are becoming more common The

decentralized treatment plants are dimensioned based on an industry-wide definition of

domestic sewage which can differ greatly from the sewage produced in gas stations

because of the lack of diluting bathing and washing water The high concentration of

organic matter and nitrogen is mainly the explanation to the differences Regulation for

emissions from domestic wastewater that has been made by the Swedish Environmental

Protection Agency applies to this special wastewater even though the preconditions in

the wastewater are significantly different from the ones that form the basis for the

requirements

This study includes three decentralized treatment plants treating domestic wastewater

with a high organic load having problems to meet the requirements of the authorities

Two of the treatment plants are based on the principle of fixed biofilm and is

investigated because of their inadequate reduction of nitrogen The difference between

the two plants is a reservoir and a hypothesis is that it has a positive effect of the total

reduction rate by smoothing of the incoming flow The third treatment plant is a batch

reactor with activated sludge that now and then has problems with pungent odors and

dead activated sludge colored black Samples were taken and analyzed at all treatment

plants The questions posed are how the reduction of nitrogen is working in the biofilm

plants and how it can be improved as well as the question about the reasons behind the

dead sludge in the batch reactor with activated sludge and how it is prevented The

effect of the reservoir on the reduction rate is also investigated

The results revealed a lack of phosphorus in the bioreactors with fixed biofilm which

inhibited the microbial activity and thus the reduction of organic matter and nitrogen

The size of the reactors was at the same time probably too small relative to the organic

load The investigation showed that the reservoir in the biofilm plant had a positive

effect on the reduction rate for total nitrogen and phosphorus The high concentration of

organic matter caused poor oxygen exchange in the batch reactor with activated sludge

leading to the formation of toxic hydrogen sulfide and iron sulfide The sulfides

explained the bad odors and why the activated sludge died The proposed action for the

biofilm plant is to place the reduction of phosphorus after the biological treatment for

example filtration In the batch reactor with activated sludge is increased oxygen

exchange suggested in combination with a new precipitation chemical that is not based

on iron sulfate but chloride because access to sulfate enables the formation of sulfides

III

Foumlrord

Den haumlr rapporten aumlr ett examensarbete som omfattar 30 houmlgskolepoaumlng och har

genomfoumlrts som en avslutning paring utbildningen till civilingenjoumlr i energi- och

miljoumlteknik vid Karlstads universitet Arbetet genomfoumlrdes i samarbete med AringF

Infrastructure AB i Borarings med handledning av Per Grudeacuten

Examensarbetet har redovisats muntligt foumlr en i aumlmnet insatt publik Arbetet har daumlrefter

diskuterats vid ett saumlrskilt seminarium Foumlrfattaren av detta arbete har vid seminariet

deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete

Jag vill tacka handledare Ola Holby examinator Roger Renstroumlm samt Karin Granstroumlm

paring Karlstads universitet foumlr hjaumllp och stoumlttning med aumlmnesfraringgor samt rapportskrivning

Jag vill ocksaring tacka leverantoumlrerna till reningsverken som bidragit med information och

fakta Slutligen vill jag tacka alla som paring naringgot saumltt hjaumllpt till med rapporten och daring

framfoumlrallt min faumlstman Simon som stoumlttat mig i alla vaumlder

Elin Calestam

KarlstadBorarings juni 2015

IV

Begrepp

Aerob Fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anaerob Varken fritt syre eller kemiskt bundet syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anox Inget fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Batch En sats avloppsvatten

BOD7 Biokemiskt syrebehov under 7 dagar

CODcr Kemiskt syrebehov som bestaumlmts med kaliumdikromat som reagens

NH4 Ammonium

NO3 Nitrat

SBR Satsvis biologisk reaktor

TN Totalkvaumlve

TP Totalfosfor

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

III

Foumlrord

Den haumlr rapporten aumlr ett examensarbete som omfattar 30 houmlgskolepoaumlng och har

genomfoumlrts som en avslutning paring utbildningen till civilingenjoumlr i energi- och

miljoumlteknik vid Karlstads universitet Arbetet genomfoumlrdes i samarbete med AringF

Infrastructure AB i Borarings med handledning av Per Grudeacuten

Examensarbetet har redovisats muntligt foumlr en i aumlmnet insatt publik Arbetet har daumlrefter

diskuterats vid ett saumlrskilt seminarium Foumlrfattaren av detta arbete har vid seminariet

deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete

Jag vill tacka handledare Ola Holby examinator Roger Renstroumlm samt Karin Granstroumlm

paring Karlstads universitet foumlr hjaumllp och stoumlttning med aumlmnesfraringgor samt rapportskrivning

Jag vill ocksaring tacka leverantoumlrerna till reningsverken som bidragit med information och

fakta Slutligen vill jag tacka alla som paring naringgot saumltt hjaumllpt till med rapporten och daring

framfoumlrallt min faumlstman Simon som stoumlttat mig i alla vaumlder

Elin Calestam

KarlstadBorarings juni 2015

IV

Begrepp

Aerob Fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anaerob Varken fritt syre eller kemiskt bundet syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anox Inget fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Batch En sats avloppsvatten

BOD7 Biokemiskt syrebehov under 7 dagar

CODcr Kemiskt syrebehov som bestaumlmts med kaliumdikromat som reagens

NH4 Ammonium

NO3 Nitrat

SBR Satsvis biologisk reaktor

TN Totalkvaumlve

TP Totalfosfor

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

IV

Begrepp

Aerob Fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anaerob Varken fritt syre eller kemiskt bundet syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Anox Inget fritt syre finns tillgaumlngligt i miljoumln

Batch En sats avloppsvatten

BOD7 Biokemiskt syrebehov under 7 dagar

CODcr Kemiskt syrebehov som bestaumlmts med kaliumdikromat som reagens

NH4 Ammonium

NO3 Nitrat

SBR Satsvis biologisk reaktor

TN Totalkvaumlve

TP Totalfosfor

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

V

Inneharingllsfoumlrteckning Sammanfattning I

Abstract II

Foumlrord III

Begrepp IV

Inneharingllsfoumlrteckning V

1 Inledning 1

11 Syfte och fraringgestaumlllningar 3

2 Bakgrund 4

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk 4

211 Certifiering 5

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten 6

23 Rening av avloppsvatten 7

231 Reduktion av kvaumlve 8

232 Reduktion av fosfor 9

233 Reduktion av organiskt material 11

234 Reningstekniker 12

24 Provtagning 14

3 Metod 15

31 Beskrivning av anlaumlggningarna 15

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper 16

321 Biofilmsanlaumlggningarna 16

322 Aktivslamanlaumlggningen 17

33 Provtagning 18

34 Beraumlkningar 20

4 Resultat och diskussion 23

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna 24

42 Utslagning av aktivt slam 35

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag 37

5 Slutsatser 39

6 Vidare studier 40

Referenser 42

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

1

1 Inledning

Vattnets kretslopp aumlr centralt foumlr allt levande paring jorden men foumlroreningar i vattnet fraringn

maumlnskliga aktiviteter rubbar den naturliga balansen Slaumlpps obehandlat avloppsvatten

rakt ut i naturen kan de houmlga halterna organiskt material orsaka syrebrist och de

koncentrerade maumlngderna naumlringsaumlmnen orsaka oumlvergoumldning framfoumlrallt av alger i

vattenmiljoumler (Cronholm 2014) Att rena vatten aumlr daumlrfoumlr viktigt och i det svenska

samhaumlllet aumlr det idag en sjaumllvklarhet Avloppsvatten fraringn staumlder renas genom mekanisk

biologisk och kemisk rening i kommunala avloppsreningsverk Daumlr kommunal

anslutning inte aumlr moumljlig finns smaring anlaumlggningar saring kallade enskilda avlopp daumlr

avloppsvatten fraringn en enskild fastighet eller ett mindre antal husharingll renas

Avloppsanlaumlggningar kallas enskilda avlopp vid belastning av avloppsvatten upp till

200 personekvivalenter (Cederloumlf 2008) Anlaumlggningarna kan exempelvis bestaring av

markbaumldd markinfiltration eller smaring reningsverk Det finns idag cirka 700 000

fastigheter i Sverige med enskilda avloppsanlaumlggningar med vattenklosett och naumlstan 60

av dem aumlr permanenta boenden (Aringstrand et al 2013 Cederloumlf 2008)

Det kraumlvs att enskilda avloppsanlaumlggningar uppfyller Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppanslaumlggningar Vid normal skyddsnivaring foumlr miljoumlskydd foumlrvaumlntas

avloppsanlaumlggningen uppnaring minst 90 reduktion av organiska aumlmnen samt 70

reduktion av fosfor Houmlg skyddsnivaring kraumlver utoumlver detta 50 reduktion av kvaumlve samt

90 reduktion av fosfor (NFS 20067) Vilken miljoumlskyddsnivaring som raringder i omraringdet

fastslarings av ansvarig kommun Foumlr nyinstallerade smaring reningsverk boumlr

efterbehandlingsmetoder tillaumlmpas foumlr att oumlka reningsgraden genom att verka som en

barriaumlr vid driftstoumlrningar och reducera smittaumlmnen Efterbehandling aumlr speciellt viktigt

i de fall daring miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet bedoumlmts till houmlg (Sylwan 2011)

I takt med att de kommunala reningsverken oumlkar reningsgraden av avloppsvatten utgoumlr

enskilda avlopp en allt mer betydande del av utslaumlppen till svenska vattendrag och

grundvatten (Garingrdstam 2014) Uppskattningar av antropogen tillfoumlrsel av fosfor till

svenska vatten som gjorts foumlr aringr 2000 visar att utslaumlppen fraringn taumltorter det vill saumlga fraringn

kommunala reningsverk var 490 ton fosforaringr medan utslaumlppen fraringn enskilda avlopp i

glesbygder var 640 ton fosforaringr (Naturvaringrdsverket 2004)

Foumlr att uppnaring en houmlgre reningsgrad i en anlaumlggning kan den behoumlva kompletteras med

fler reningssteg Konventionella subinfiltrationssystem som bestaringr av en septiktank samt

en absorberande markbaumldd har visat sig reducera upp till 55 kvaumlve Systemet

utoumlkades med ytterligare ett set av septiktank med markbaumldd i seriekoppling i syfte att

foumlrbaumlttra kvaumlvereningen Den foumlrsta delen av processen behandlade 60 av

inkommande raringvatten och resterande floumlde foumlrdes direkt till andra steget Paring detta saumltt

foumlrsaringgs reaktorn i andra steget med tillraumlcklig maumlngd organiska substanser som kolkaumllla

foumlr att kunna reducera nitrat fraringn det foumlrsta steget Kvaumlvereningen kunde daumlrmed

foumlrbaumlttras till en reduktion paring 68-75 Reningen av totalfosfor COD och suspenderade

aumlmnen paringverkades inte naumlmnvaumlrt av att systemet utoumlkades (Ye et al 2008)

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

2

En svaringrighet med smaringskalig avloppsrening aumlr det starkt varierande infloumldet som helt

beror paring aktiviteten i fastigheten vid tillfaumlllet I en studie fraringn Schweiz foumlrsaumlmrades

speciellt reduktionen av fosfor foumlr en membranreaktor med tvaring seriekopplade tankar naumlr

infloumldet var laringgt eller obefintligt Fosforreduktionen kunde foumlrbaumlttras genom att minska

luftningsintensiteten under de perioderna Problem som kunde uppstaring naumlr luftningen

minskades var att slammet blev stillastaringende och boumlrjade sprida odoumlrer Foumlr att loumlsa

detta aringtercirkulerades slammet och den foumlrsta tanken anvaumlndes som anaerobanox

reaktor istaumlllet foumlr sedimenteringstank Fosforreduktionen oumlkades fraringn 25 till 70

och reduktionen av kvaumlve fraringn 50 till 90 Systemuppstaumlllningen foumlrsaumlmrade dock

permeabiliteten hos membranet till foumlljd av att en mindre andel organiska material och

suspenderade aumlmnen kunde sedimenteras (Abegglen et al 2008)

Undersoumlkningar visar att smaring reningsverk helst ska vara enkla att manoumlvrera i stoumlrsta

moumljliga grad sjaumllvgaringende samt begraumlnsade i kostnad och volym (Huumlbinette 2009

Rodgers et al 2005) Detta aumlr svaringrt att uppnaring eftersom systemen bestaringr av ett flertal

houmlgteknologiska komponenter med roumlrliga delar elektronik och pumpar som ska

fungera naumlst intill felfritt Det kraumlvs regelbunden tillsyn av yrkeskunniga inom omraringdet

foumlr att avloppsvattnet ska uppnaring leverantoumlrens utlovade reningsgrad (Huumlbinette 2009

Ek et al 2011)

Enskilda avloppsanlaumlggningar aumlr vanligt foumlrekommande vid bensinstationer som aumlr

placerade utmed trafikleder laringngt fraringn centrala stadsdelar daumlr anslutning till kommunala

reningsverk inte aumlr moumljlig Naumlr traditionella anlaumlggningar som markbaumldd eller

infiltration blir uttjaumlnta ersaumltts de ofta av smaring reningsverk Reningsverken levereras som

en paketloumlsning och dimensioneras utifraringn hydraulisk och organisk last vilken baseras

paring en branschgemensam definition av husharingllsavlopp Avloppsvattnet fraringn en

bensinstation skiljer sig dock fraringn vanligt husharingllsavlopp i flera avseenden

Koncentrationen av organiskt material aumlr houmlgre eftersom avloppsvattnet inte spaumlds ut av

bad- disk- och tvaumlttvatten och den form som kvaumlvet i avloppet befinner sig i avviker

fraringn vanligt husharingllsavlopp Aktiviteterna i en bensinstation saring som rengoumlring av grill-

och stekbord kaffemaskiner frekvent toalettstaumldning samt kvaliteten paring dricksvattnet aumlr

ocksaring bidragande orsaker till att avloppets sammansaumlttning aumlr annorlunda

Roumlrledningarna vid bensinstationer aumlr dragna saring att oljeavskiljare aumlr sammankopplade

med ledningarna in till reningsverket och om problem uppstaringr finns daumlrfoumlr risk att vatten

fraringn oljeavskiljaren naringr reningsverket varfoumlr sammansaumlttningen i avloppsvattnet daring aumlr

mycket annorlunda mot vanligt husharingllsavlopp

Naturvaringrdsverkets krav foumlrvaumlntas vara uppfyllda aumlven foumlr enskilda avlopp med houmlg

organisk belastning trots att foumlrutsaumlttningarna i avloppet skiljer sig avsevaumlrt mot de som

ligger till grund foumlr kraven Foumlr att minska miljoumlparingverkan fraringn enskilda avlopp samt foumlr

att kunna klara kraven aumlr det viktigt att foumlrbaumlttra reningsverken vid bensinstationer och

oumlka reningsgraden

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

3

11 Syfte och fraringgestaumlllningar

I denna utredning ingaringr tre smaring reningsverk som renar avloppsvatten med houmlg organisk

belastning Reningsverken har problem att uppfylla de krav som staumllls utifraringn

miljoumlskyddsnivaringn i omraringdet Utredningen syftar daumlrfoumlr till att finna orsakerna bakom

den nedsatta funktionen samt att foumlreslaring foumlrbaumlttringsaringtgaumlrder Resultaten baseras paring

prover som tas vid samtliga reningsverk

Tvaring av reningsverken bygger paring biofilmsprincipen och har brister i reduktionen av

kvaumlve Skillnaden mellan biofilmsanlaumlggningarna aumlr att den ena aumlr stoumlrre och utrustad

med en reservoar Det tredje reningsverket aumlr en satsvis reaktor med aktivslamprincip

vars reningsgrad inte tidigare uppmaumltts Haumlr uppstaringr problem med fraumlna lukter i

samband med att det aktiva slammet doumlr och blir svart Utifraringn situationerna i

reningsverken har foumlljande fraringgor besvarats i rapporten

Hur fungerar kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna och hur kan den

foumlrbaumlttras Har reservoaren naringgon inverkan paring reningsgraden

Vad aumlr orsakerna till att slammet doumlr i aktivslamanlaumlggningen och hur kan det

undvikas

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

4

2 Bakgrund

I detta kapitel beskrivs lagar som gaumlller enskilda avloppsanlaumlggningar vad som skiljer

vanligt husharingllsavlopp fraringn det som undersoumlks i denna rapport samt hur avloppsvatten

renas Kapitlet avslutas med en oumlversikt oumlver hur provtagning av avloppsvattnet boumlr

genomfoumlras vid enskilda avloppsanlaumlggningar

21 Lagar och bestaumlmmelser foumlr smaring reningsverk

Miljoumlkvalitetsmaringlen syftar till att beskriva det tillstaringnd i den svenska miljoumln som ska

uppnarings Aringr 1999 beslutades om 15 miljoumlmaringl bland annat foumlr levande sjoumlar och

vattendrag giftfri miljouml ingen oumlvergoumldning och grundvatten av god kvalitet (Ek 2014)

Vattendirektivet aumlr ett ramverk som utarbetades av EU aringr 2000 med maringlet att uppnaring god

ekologisk status i vattendrag Genom Vattendirektivet har intresset foumlr att bedriva en

effektiv tillsyn av enskilda avlopp och hitta bra tekniska loumlsningar oumlkat Detta har

inneburit att kraven paring enskilda avlopp har oumlkat och vid nya anlaumlggningar har det skett

en foumlrskjutning fraringn konventionella markbaserade anlaumlggningar till minireningsverk

(upp till 5 personekvivalenter) Naturvaringrdsverket och kommunerna har faringtt i uppdrag att

utveckla styrmedel och staumllla krav paring miljoumlskydd saring att god ekologisk status kan

uppraumlttharingllas i vattendrag (Zackrisson et al 2013) God ekologisk status innebaumlr att

rdquoVaumlrdena foumlr ytvattenfoumlrekomstens biologiska kvalitetsfaktorer uppvisar smaring av

maumlnsklig verksamhet framkallade stoumlrningar men avviker endast i liten omfattning fraringn

de vaumlrden som normalt gaumlller foumlr ytvattenfoumlrekomsten vid oparingverkade foumlrharingllandenrdquo

Om foumlreslagna aringtgaumlrder genomfoumlrs uppskattas utslaumlppen av fosfor fraringn enskilda avlopp

till Vaumlsterhavets vattendistrikt kunna minska med 14 900 kg Paringr (Europaparlamentet

2014)

I Miljoumlbalkens foumlrordning om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd kapitel 9

definieras i 1 sect utslaumlpp av avloppsvatten som miljoumlfarlig verksamhet Enligt sect 7 ska

avloppsvatten omhaumlndertas genom inraumlttningar av avloppsanordningar foumlr att undvika

olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln se citat

sect 7 Avloppsvatten skall avledas och renas eller tas om hand paring naringgot annat

saumltt saring att olaumlgenhet foumlr maumlnniskors haumllsa eller miljoumln inte uppkommer Foumlr

detta aumlndamaringl skall laumlmpliga avloppsanordningar eller andra inraumlttningar

utfoumlras

Enligt Svensk foumlrfattningssamling 1998899 om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd

sect 12 aumlr det foumlrbjudet att slaumlppa ut avloppsvatten fraringn vattentoalett om avloppsvattnet

inte har genomgaringtt laumlngre garingende rening aumln slamavskiljning (SFS 1998899) 20 av

anlaumlggningarna med WC-avlopp i Sverige har endast slamavskiljare som reningsteknik

och aumlr direkt olagliga (Ek et al 2011) Fraringn och med 1 juli 2011 har HaV

vaumlgledningsansvaret foumlr smaring avloppsanlaumlggningar det vill saumlga de som aumlr

dimensionerade upp till 200 personekvivalenter (Skarstedt 2014)

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

5

Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling 20067 aumlr allmaumlnna raringd som avser tillaumlmpningen

av vissa bestaumlmmelser i miljoumlbalken och foumlrordningen (1998899) om miljoumlfarlig

verksamhet och haumllsoskydd vid behandling av husharingllsspillvatten fraringn anlaumlggningar

dimensionerade foumlr upp till 25 personekvivalenter Aumlven foumlr anlaumlggningar upp till 200

personekvivalenter kan denna foumlrordning tillaumlmpas vilket aumlr den oumlvre graumlnsen av

belastning foumlr enskilda avloppsanlaumlggningar (Skarstedt 2015) Haumlr foumlrklaras att

skyddsnivaringn i ett omraringde boumlr vara houmlg om utslaumlppet fraringn anordningen befaras ha negativ

inverkan paring omraringdet eller om recipient eller omgivning aumlr kaumlnslig av speciella skaumll Som

skyddsaringtgaumlrd staumllls naringgra grundkrav paring avloppsanordningen som bland annat innebaumlr att

funktionen ska vara enkel att kontrollera och underharinglla samt att den aumlr taumlt saring att in- och

utlaumlckage av vatten hindras En normal nivaring foumlr haumllsoskydd innebaumlr att utslaumlpp av

avloppsvatten inte ska medverka till en vaumlsentligt oumlkad risk foumlr bland annat smitta till

maumlnniskor genom dricks- grund- eller badvatten Vidare kraumlvs att vattenanvaumlndningen

begraumlnsas genom vattensnaringla armaturer och att fosfatfria tvaumlttmedel anvaumlnds Foumlr

normal miljoumlskyddsnivaring kraumlvs att avloppsanordningen uppnaringr minst 90 reduktion av

organiska aumlmnen (maumltt som BOD7) samt minst 70 reduktion av totalfosfor se Tabell

1 Foumlr att uppnaring houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd behoumlver ytterligare skyddsaringtgaumlrder vidtas

exempelvis genom att laumlgga till ett reningssteg till anordningen Foumlrutom kriterierna foumlr

normal nivaring ska avloppsanordningen foumlr houmlg nivaring dessutom reducera 90 av

totalfosfor och 50 av totalkvaumlve (NFS 20067) Reduktionsgraderna foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring motsvarar i dygnsprover koncentrationer som inte faringr oumlverstiga 30 mg

BODliter avloppsvatten 1 mg totalfosforliter samt 40 mg totalkvaumlveliter

Tabell 1 Kriterier foumlr att uppnaring normal och houmlg nivaring foumlr miljoumlskydd

Skyddsnivaring Normal Houmlg

BOD7 90 90 Totalfosfor 70 90 Totalkvaumlve - 50

211 Certifiering

Sedan 2009 finns moumljligheten till provning av prefabricerade anlaumlggningar foumlr 1-50

personekvivalenter Provningen genomfoumlrs av Institutet foumlr jordbruks- och miljoumlteknik

(JTI) som aumlr det enda ackrediterade proumlvningsorganet i Sverige och goumlrs enligt

standarden EN 12566-3 rdquoFoumlrtillverkade avloppsanlaumlggningarrdquo som gaumlller i hela Europa

Enligt en harmoniserad EU-standard aumlr minireningsverk en byggprodukt som fraringn och

med 1 juli 2013 kraumlver CE-maumlrkning CE-maumlrkningen intygar att produkten har klarat

taumlthets- och haringllfasthetsprov men maumlrkningen saumlger ingenting om reningskapaciteten

serviceorganisationen eller skoumltselinstruktionernas utformning JTI har daumlrfoumlr foumlreslagit

en frivillig P-maumlrkning (SP-koncernens eget kvalitetsmaumlrke) som ska tydliggoumlra vilken

reningsgrad produkten uppnaringr och att funktionen kan uppraumlttharingllas oumlver en laumlngre tid

(Zackrisson et al 2013 Kunskapscentrum Smaring Avlopp 2011) En annan frivillig

produktcertifiering som aumlr laumlmplig foumlr reningsanlaumlggningar vid enskilda avlopp aumlr

byggproduktcertifikat Certifikatet utfaumlrdas av Kiwa Swedcert mot vedertagna svenska

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

6

graumlnsvaumlrden och staumlller krav utoumlver det som CE-maumlrkningen omfattar (van Brink amp

Jerlmark 2015)

22 Sammansaumlttning i avloppsvatten

Ett vanligt husharingllsavlopp aumlr normalt en blandning av vatten fraringn toalett bad disk och

tvaumltt En person anvaumlnder i genomsnitt 120-160 liter vatten per dag och cirka 25 av

vattenfoumlrbrukningen garingr aringt till spolning av toaletter (Risinger 2013) Sammansaumlttningen

i avloppsvattnet beror bland annat paring maumlnniskans vanor aktiviteter och vad de stoppar i

sig men aumlven dricksvattenkvaliteten kan vara avgoumlrande foumlr vattenreningen Vid

biologisk rening av avloppsvatten aumlr tillgaringngen paring naumlringsaumlmnen avgoumlrande foumlr

reningsgraden eftersom tillvaumlxt av mikroorganismer kraumlver tillgaringng paring naumlringsaumlmnen

men aumlven sparingraumlmnen av till exempel jaumlrn aumlr noumldvaumlndigt Av det organiska material som

foumlrekommer i avloppsvatten fraringn husharingll aumlr 40-60 proteiner 25-50 kolhydrater och

8-12 oljor och fetter (Metcalf amp Eddy 2003)

Alkalinitet i avloppsvatten motverkar snabba aumlndringar av pH-vaumlrdet vid foumlrekomst av

syror I avloppsvatten med houmlga pH-vaumlrden hindrar houmlg alkalinitet saumlnkning av pH-

vaumlrdet naringgot som kan vara noumldvaumlndigt foumlr att biologiska reningsprocessen ska fungera

eftersom vissa mikroorganismer aumlr kaumlnsliga mot houmlga pH-vaumlrden (Metcalf amp Eddy

2003) Haringrdhet aumlr ett maringtt paring maumlngden multivalenta katjoner (fraumlmst kalcium) i vattnet

och maumlts i tyska haringrdhetsgrader daumlr 1degdH motsvarar 10 mg kalciumoxid per liter vatten

Paring grund av foumlrhoumljda miljoumlkrav efterstraumlvas i allt stoumlrre utstraumlckning mjukare vatten

(Wikipedia 2015a) Klorid aumlr ett saumltt att maumlta salthalt och vid houmlga halter klorid kan

reningsfunktionen foumlrsaumlmras I omraringden daumlr haringrdheten paring dricksvattnet aumlr houmlg kan

mjukgoumlrare som anvaumlnds i husharingllet bidra med stora maumlngder klorider (Metcalf amp Eddy

2003) Vanligtvis aumlr en biologisk reningsprocess kaumlnsligare mot avvikande vaumlrden av

pH alkalinitet och klorid jaumlmfoumlrt med variationer av BOD

Inom avloppsbranschen har en gemensam definition av normalt avloppsvatten fraringn

husharingll specificerats se Tabell 2 Ungefaumlrliga vaumlrden foumlr avloppsvatten med houmlga halter

organiskt material presenteras i samma tabell foumlr att tydliggoumlra olikheterna i

foumlrutsaumlttningar vid rening

Tabell 2 Branschgemensam definition av husharingllsavloppsvatten i jaumlmfoumlrelse med avloppsvatten med houmlg

koncentration organiskt material

Parameter Definition av

husharingllsavlopp Avlopp med houmlg

organisk belastning

pH 65 ndash 85 9 Alkalinitet (gm3) 120 ndash 150 90-120 Haringrdhet (degdH) 5 ndash 12 5-7 Klorid (gm3) lt 100 25-110

BOD7 (gm3) lt 350 500-2800 CODcr (gm3) lt 700 1200-6800 Totalkvaumlve (gm3) lt 80 150-290 Totalfosfor (gm3) lt 15 16-25

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

7

Avloppsvatten fraringn exempelvis bensinstationer kan skilja sig markant fraringn

avloppsvatten som produceras i husharingll Den stoumlrsta orsaken till skillnaderna aumlr att

toalettavloppet utgoumlr naumlst intill hela avloppet eftersom inget bad- disk- eller tvaumlttvatten

foumlrekommer i bensinstationer Saringledes blir koncentrationerna av kvaumlve och organiska

material avsevaumlrt houmlgre vilket syns tydligt i Tabell 2 Noterbart aumlr dock att halten

totalfosfor (TP) inte avviker saring starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp som de oumlvriga

parametrarna

Naumlr reningsverk dimensioneras utifraringn organisk belastning anvaumlnds den

branschgemensamma definitionen av husharingllsavlopp som utgaringngspunkt Eftersom

haumllften av kvaumlvet antas foumlrekomma i form av protein som kan sedimenteras i

reningsverket antas samma haumllft av allt inkommande kvaumlve kunna reduceras

reningsprocessen Problem med att uppnaring dessa reningsgrader vid bensinstationers

reningsverk uppstaringr dock naumlr inte haumllften av kvaumlvefoumlreningarna aringterfinns som protein

utan i loumlst form (urea) och daumlrfoumlr inte kan sedimenteras bort Detta aumlr en foumlljd av att

maumlngden urin i foumlrharingllande till fekalier kan vara houmlgre i toalettavlopp fraringn en

bensinstation jaumlmfoumlrt med ett vanligt husharingllsavlopp

23 Rening av avloppsvatten

Rening av avloppsvatten syftar till att reducera maumlngderna naumlringsaumlmnen samt

syrefoumlrbrukande aumlmnen Om onaturligt stora maumlngder av aumlmnena slaumlpps ut i

vattenmiljoumler riskerar oumlkad tillvaumlxt av ooumlnskade organismer slaring ut kaumlnsligare arter Vid

stora utslaumlpp av naumlringsaumlmnen i mark foumlrgiftas grundvattnet vilket aumlr speciellt kaumlnsligt i

de fall daring det finns en dricksvattentaumlkt i naumlrheten Behandlas inte biologiskt nedbrytbara

organiska aumlmnen orsakar de infekterade foumlrharingllanden i naturen eftersom de aumlr biologiskt

stabila och foumlrbrukar stora maumlngder av de naturliga syreresurserna (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att undvika utslaumlpp av miljoumlfoumlraumlndrande aumlmnen fraringn avloppsvatten genomgaringr

vattnet mekanisk biologisk och kemisk rening Mekanisk rening innebaumlr att partiklar

avskiljs med galler filtrering eller genom att utnyttja partiklarnas densitet vid

sedimentation Biologisk rening utnyttjar mikroorganismer som under tillvaumlxt bryter ner

organiska molekyler genom spjaumllkning med enzymer I den biologiska reningen

reduceras fraumlmst organiskt material och kvaumlve Kemisk rening innebaumlr tillsats av en

kemikalie som syftar till att binda loumlst fosfor till flockar som sedan sedimenteras

(Persson 2005)

Foumlr optimal tillvaumlxt av mikroorganismer under biologisk rening kraumlvs tillgaringng till kol

kvaumlve och fosfor enligt Redfields viktfoumlrharingllande 5071 (Ekholm 2008) eller

motsvarande 10051 (Slade et al 2011) eller 10091 (Sandberg 2010)

Mikroorganismer utnyttjar olika kaumlllor foumlr dessa essentiella aumlmnen Heterotrofa

mikroorganismer har organiskt kol som kolkaumllla medan de som utvinner kol ur

koldioxid kallas autotrofa organismer Tillvaumlxt av autotrofa mikroorganismer sker

avsevaumlrt laringngsammare aumln foumlr heterotrofer eftersom det kraumlvs mycket energi foumlr att kunna

utnyttja kol ur koldioxid till syntes Mikroorganismer kraumlver foumlrutom naumlringsaumlmnen

aumlven energi och de delas upp i fototrofa organismer som anvaumlnder solljuset och

kemotrofer som utnyttjar energi som bildas vid kemiska oxidationsreaktioner Under

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

8

oxidation av organiska eller oorganiska aumlmnen oumlverfoumlrs elektroner fraringn en

elektrondonator till en acceptor Reaktionen kallas aerob om syre aumlr elektronacceptor

anox om nitrit och nitrat aumlr acceptorer och anaerob i samtliga andra fall (Metcalf amp

Eddy 2003 Sandberg 2010)

Loumlst syre aumlr noumldvaumlndigt foumlr respiration hos aeroba mikroorganismer men andelen loumlst

syre i vatten aumlr begraumlnsat och beror bland annat paring loumlsligheten av syre i vatten

partialtrycket av syre i atmosfaumlren temperaturen och koncentrationen av foumlroreningar i

vattnet Det aumlr viktigt att ta i beaktande vid dimensionering av syretillfoumlrsel att

loumlsligheten foumlr syre i avloppsvatten skiljer sig fraringn loumlsligheten i rent vatten Foumlr att

underlaumltta syreutbytet mellan gas och vaumltska kan ytan mellan luft och vatten utoumlkas

vilket kan aringstadkommas genom att tillsaumltta ren syrgas eller mindre luftbubblor

Stroumlmningshastigheten kring ytan paring bubblan har ocksaring betydelse foumlr syreutbytet och ett

tunnare graumlnsskikt runt luftbubblan aumlr oumlnskvaumlrt foumlr att underlaumltta syreutbytet Foumlr smaring

luftbubblor kan daumlrfoumlr ocksaring foumlrsaumlmra syreutbytet mellan vatten och luft eftersom

mindre bubblor har en laumlgre hastighet mot ytan som goumlr att graumlnsskiktet inte skalas av i

samma omfattning som vid stoumlrre bubblor Vid oumlkande temperatur oumlkar hastigheten hos

biokemiska reaktioner vilket goumlr att foumlrbrukningen av loumlst syre aumlr stoumlrre vid varmare

aringrstider (Metcalf amp Eddy 2003 Sandberg 2010)

231 Reduktion av kvaumlve

Kvaumlve foumlrekommer i loumlst eller partikulaumlr form daumlr ammonium urea nitrit och nitrat aumlr

de vanligaste och mest betydelsefulla formerna av kvaumlve vid rening av avloppsvatten

Nitrat anvaumlnds av mikroorganismer foumlr att bilda protein men daring organismerna doumlr och

bryts ner bildas ammonium (NH4) igen I avloppssammanhang anvaumlnds termen

totalkvaumlve (TN) till alla naumlmnda former av kvaumlve samt organiskt kvaumlve som inkluderar

bland annat aminosyror och proteiner Urin aumlr en annan kaumllla till kvaumlve eftersom det

bestaringr av urea som aumlr uppbyggt av NH2-grupper som daring bindningarna bryts omvandlas

till ammonium (Metcalf amp Eddy 2003)

Kvaumlve renas typiskt genom biologiska reningssteg daumlr mikroorganismer baumlr

huvudansvaret Kvaumlve i obehandlat avloppsvatten foumlrekommer fraumlmst i form ammonium

och urea Reningen av kvaumlve sker genom att autotrofa och heterotrofa mikroorganismer

omvandlar ammonium i flera steg tills det bildas kvaumlvgas Nitrifikation aumlr det foumlrsta

reduktionssteget foumlr kvaumlve och det sker genom att de autotrofa bakterierna

Nitrosomonas i reaktion med syre omvandlar ammonium till nitrit se ekvation 1 Foumlrst

naumlr nitrit har bildats kan Nitrobacter oxidera det till nitrat se ekvation 2 (Bitton 1999

Metcalf amp Eddy 2003 Ray 1995)

(1)

(2)

(3)

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

9

Totalreaktionen daring ammonium blir nitrat beskrivs enligt ekvation 3 och ger upphov till

en svag saumlnkning av pH-vaumlrdet Autotrofa bakterier aumlr kaumlnsliga mot laringgt pH vid pH-

vaumlrden under 68 haumlmmas nitrifikationen markant och optimala nitrifikationshastigheter

uppnarings vid pH 75 ndash 80 Koncentrationer av loumlst syre som understiger 05 mgl daumlmpar

nitrifikationen avsevaumlrt Smaring foumlrekomster av organiska och oorganiska toxiska aumlmnen

som till exempel nickel krom och koppar kan ocksaring foumlrsaumlmra nitrifikationshastigheten

rejaumllt (Metcalf amp Eddy 2003) Studier har visat att BOD-koncentrationen i utfloumldet fraringn

foumlregaringende reningssteg maringste understiga 30 mgl (eller 20 mgl vid loumlst BOD) foumlr att

initiering av nitrifikation ska vara moumljlig Forskning har ocksaring visat att en koncentration

paring mindre aumln 15 mg BODl aumlr noumldvaumlndig foumlr att fullstaumlndig nitrifikation ska kunna ske

(Bruce et al 1975 Harremoumles 1982)

Naumlsta steg i den biologiska kvaumlvereningen sker genom denitrifikation daring

elektronacceptorn nitrat oxideras till kvaumlvgas se ekvation 4 (Ray 1995) Det bildas aumlven

vaumltekarbonat koldioxid och vatten under processen

(4)

De heterotrofa mikroorganismerna Pseudomonas som aumlr ansvariga foumlr denitrifikationen

kraumlver anoxa foumlrharingllanden samt tillgaringng till kol som finns i obehandlat avloppsvatten i

form av organiskt material (CH2O) Tillgaringngen paring kol undersoumlks genom kvoten

BOD5TN som om den understiger 25 haumlmmar bakterierna (Winkler 2012) COD och

BOD beskriver hur mycket syrefoumlrbrukande aumlmnen som aumlr kemiskt respektive

biologiskt nedbrytbara och foumlrharingllandet dem emellan kan daumlrfoumlr visa hur

svaringrnedbrytbara de syrefoumlrbrukande aumlmnena aumlr Foumlrharingllandet CODBOD5 ska helst vara

21 laumlgre foumlrharingllanden indikerar att maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen i

vattnet aumlr houmlg vilket alltsaring foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen Koncentrationen av loumlst

syre boumlr vara under 02 mgl foumlr att fraumlmja denitrifikationsbakterierna (Metcalf amp Eddy

2003) men en tumregel saumlger att koncentrationer under 1 mgl raumlcker foumlr att

uppraumlttharinglla en god funktion hos bakterierna1

232 Reduktion av fosfor

Fosfor aumlr ett nyckelaumlmne vid tillvaumlxt av mikroorganismer och rening av avloppsvatten

Maumlngden ortofosfat (fosfor som aumlr loumlst i vatten) aumlr laumlttare tillgaumlngligt foumlr biologisk

metabolism medan organiskt fosfat aumlr av mindre betydelse i avloppsvatten fraringn husharingll

(Metcalf amp Eddy 2003) Reduktion av partikulaumlr fosfor sker till en viss del alltid

biologiskt genom sedimentering av mikroorganismer som assimilerar naumlringsaumlmnet

under tillvaumlxt Oumlnskas houmlgre reduktionsgrader av fosfor sker det exempelvis genom

fosforfilter Fosfor som foumlrekommer i vanligt husharingllsavlopp aumlr till cirka 50 i loumlst

form och faumllls paring kemisk vaumlg Faumlllningskemikalien inneharingller trevaumlrt jaumlrn eller

aluminium och bildar svaringrloumlsliga metallfosfat-foumlreningar som flockas och sedimenteras

Metallen som tillsaumltts aumlr ofta i foumlrening med klorid eller sulfat och vid reaktion med

fosfat bildas jaumlrnfosfat i fast form se ekvationerna 5 och 6 Som en bireaktion till

1 Muntlig kaumllla fraringn leverantoumlr av reningsverk Foumlr naumlrmare information kontakta foumlrfattaren

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

10

faumlllningen bildas hydroxidslam som adsorberar kolloider och bidrar till en foumlrbaumlttrad

sedimentation Reaktionerna med faumlllningskemikalien medfoumlr en saumlnkning av

alkaliniteten saring att pH-vaumlrdet i avloppsvattnet vanligtvis sjunker Foumlr att uppnaring god

funktion vid kemisk faumlllning boumlr haumlnsyn tas till variationer i avloppsfloumldet vattnets

fosforinneharingll samt buffertkapacitet och pH-vaumlrde vid dosering av kemikalie (Persson

2005)

(5)

(6)

Efter fosforfaumlllning sedimenteras flockarna Tiden det tar att sedimentera partiklar

baseras paring beraumlkningar utifraringn Stokes lag foumlr partikelns hastighet i ekvation 7 (Sandberg

2010)

(7)

v Partikelns hastighet (ms)

g Gravitationskonstant (ms2)

ρp Densitet paring partikel (kgm3)

ρf Densitet paring fluid (kgm3)

d Partikeldiameter (m)

η Fluidens dynamiska viskositet (kgm s)

Foumlr att Stokes lag ska kunna anvaumlndas maringste det aktuella floumldet vara laminaumlrt Reynolds

tal under 1 motsvarar laminaumlra floumlden och beraumlknas genom ekvation 8 (Sandberg 2010)

(8)

R Reynolds tal

Beroende paring hur partiklarna eller flockarna bildas har de olika storlekar och densitet se

Tabell 3

Tabell 3 Fysikaliska data foumlr flockar foumlr beraumlkning av sedimenteringstiden (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010)

Typisk diameter (mm)

Densitet (kgm3)

Organiskt material 015 1010-1015 Biologiska flockar 01 1030-1100 Kemiska flockar 01 1400-2000

Sedimenteringstiden det vill saumlga den tid det tar foumlr en flock eller partikel att sjunka till

botten fraringn en nivaring i vattnet beraumlknas utifraringn ekvation 9 (Sandberg 2010)

Sedimenteringstiden aumlr viktig eftersom det aumlr foumlrst naumlr flockarna fraringn fosforfaumlllningen

sedimenterat som de kan avskiljas ur vattnet

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

11

(9)

t Sedimenteringstid (sekunder)

h Sedimenteringshoumljd (m)

233 Reduktion av organiskt material

Nedbrytning av organiskt material kan ske baringde aerobt och anaerobt eftersom olika

aumlmnen agerar elektronacceptorer Organiskt material beskrivs generellt med formeln

(CH2O)n och bryts ner enligt ekvation 10 vid en aerob process I avloppsvatten beskrivs

biologiskt nedbrytbart organiskt material som C10H19O3N (Metcalf amp Eddy 2003)

medan enskilda celler till exempel aumlr utformade enligt C12H87O23N12P2

(10)

Naumlr inget fritt syre laumlngre aumlr tillgaumlngligt blir i foumlrsta hand nitrat elektronacceptor se

ekvation 4 (Holby 2015) Nedbrytning av organiskt material under anoxa eller anaeroba

foumlrharingllanden houmljer pH-vaumlrdet i avloppsvattnet

Daring allt nitrat aumlr foumlrbrukat anvaumlnds i naumlmnd ordning manganoxid jaumlrnoxid och sedan

sulfat som elektronacceptor se ekvation 11 (Holby 2015)

(11)

Daring sulfat agerar elektronacceptor bildas vaumltesulfidjoner (HS-) som vid reaktion med

vaumltejoner bildar den giftiga gasen vaumltesulfid (H2S) som luktar ruttet aumlgg (Wikipedia

2015b) Bildandet av vaumltesulfid beror ocksaring paring pH-vaumlrdet i vattnet (Metcalf amp Eddy

2003) Foumlr att faring bukt med bildande av sulfider (daumlribland vaumltesulfid) kraumlvs att primaumlra

elektronacceptorer (syre nitrat eller nitrit) tillsaumltts och paring saring saumltt ersaumltter sulfat Ren

syrgas aumlr fem garingnger saring koncentrerad som luft varfoumlr tillsatser av syrgas kan

aringstadkomma houmlgre koncentrationer (5-7gm3) av syre i avloppsvattnet aumln tillsatser av

luft (3-5 gm3) En annan nackdel med tillsatser av luft i foumlrharingllande till syrgas aumlr den

begraumlnsade syretransporten till mikroorganismerna Koncentrationer av loumlst syre oumlver

05 gm3 har visat sig generellt foumlrhindra foumlrekomsten av sulfider (Zhang et al 2008) I

avloppsroumlr daumlr problem med sulfider uppstaringtt tillsattes 30 g nitratm3 och reducerade paring

saring vis 66 av sulfidkoncentrationen vid utloppet av roumlret (Mohanakrishnan et al

2009) Oumlverstiger koncentrationen av svavel i form av vaumltesulfid 20 gm3 haumlmmas

nitritreduktionen med 50 (Pan et al 2013)

Aumlr koncentrationen loumlst syre laringg och halten organiskt material samtidigt houmlg riskerar

utfaumlllt jaumlrnfosfat fraringn fosforfaumlllningen aringtergaring till loumlst fosfat under frigoumlrande av

jaumlrnjoner se ekvation 12

(12)

2 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

12

I syrefri miljouml reagerar fria jaumlrnjoner med vaumltesulfid om det finns tillgaumlngligt och daring

bildas jaumlrnsulfid (FeS) som aumlr svart se ekvation 13 (Zhang et al 2008) Jaumlrnsulfid faringr

mycket starka bindningar som inte kan brytas under de foumlrharingllanden som raringder i ett

reningsverk eftersom de inte aumlr loumlsliga i vatten

(13)

234 Reningstekniker

Det finns i huvudsak tre typer av reaktorer som anvaumlnds vid avloppsvattenrening

plugfloumldesreaktor (plug flow reactor) fullstaumlndigt omroumlrd reaktor (complete mix

reactor) och satsvis reaktor (batch reactor) Den foumlrstnaumlmnda anvaumlnds naumlstan

uteslutande i storskaliga kommunala reningsverk daumlr fluidpartiklarna passerar genom

den laringngsmala reaktorn utan att omblandas De andra tvaring reaktortyperna aumlr vanligare i

smaring reningsverk och i minireningsverk En fullstaumlndigt omroumlrd reaktor med

kontinuerligt floumlde (continuously stirred tank reactor CSTR) bestaringr ofta av tvaring eller fler

reaktorer emellan vilka oumlverfoumlringen sker kontinuerligt eller med frekvent pumpade

satser (Metcalf amp Eddy 2003) En satsvis biologisk reaktor (sequence batch reactor

SBR) behandlar en viss maumlngd avloppsvatten i en och samma tank och utgaringr fraringn

cykler se Figur 1 En cykel innefattar fyllning av tanken luftning sedimentering samt

utpumpning Normalt sker fyllning av tanken under 25 av cykeltiden luftning under

35 av tiden sedimentering 20 utpumpning 15 samt eventuellt tomgaringng under

5 av cykeltiden Under luftningen sker aerob nedbrytning av organiskt material samt

kvaumlvereduktion i form av nitrifikation och det aumlr vanligt att faumlllningskemikalier foumlr

fosforreduktion tillsaumltts i detta steg Under klarningssteget tillaringts slammet att sjunka till

botten daumlr anox denitrifikation sker (Metcalf amp Eddy 2003 Persson 2005)

Figur 1 En cykel i en satsvis biologisk reaktor Fritt tolkat fraringn Metcalf amp Eddy (2003)

Biologisk reningsteknik kan delas upp i tvaring huvudgrupper efter var mikroorganismerna

befinner sig i reaktorn biofilm och aktivslam I en biofilmsprocess vaumlxer

mikroorganismerna som ansvarar foumlr nedbrytningen av naumlringsaumlmnen och organiskt

material paring en fast yta Ytan kallas baumlrarmaterial och kan vara av exempelvis sten eller

plast i olika utfoumlranden fastsittande eller suspenderade i tanken (Metcalf amp Eddy 2003)

I smaring reningsverk anvaumlnds ofta plast som baumlrarmaterial och lufttillfoumlrseln fraringn botten av

tanken bidrar till fullstaumlndig omroumlrning av vattnet Biofilmen bestaringr av bakterier svamp

alger och urdjur som aumlr desamma som aringterfinns i naturliga vattenmiljoumler

Mikroorganismerna i biofilmen vaumlxer till naumlr de bryter ner det organiska materialet i

avloppsvattnet och biofilmen blir tjockare Naumlr biofilmen vaumlxer blir det syrebrist i

O2

Fyllning Luftning Sedimentation Toumlmning

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

13

innersta lagret av biofilmen daumlr anaeroba mikroorganismer trivs (Bitton 1999) se Figur

2 Vid ytan av biofilmen stroumlmmar avloppsvatten och luft saring att syre och naumlringsaumlmnen

kan diffundera in i biofilmen Ut ur biofilmen transporteras restprodukterna och vilka de

aumlr beror paring hur laringngt reaktionerna i biofilmen har garingtt naringgra exempel aumlr koldioxid och

kvaumlvgas (Persson 2005)

Figur 2 Schematisk bild av en biofilm daumlr mikroorganismer i en aerob och en anaerob zon foumlrbrukar syre och

nitrat som bildar restprodukter Fritt tolkat fraringn Persson (2005)

I vissa reningsverk med biofilmsprincip genomfoumlrs den biologiska reningen i tvaring steg

foumlr att mikroorganismerna som bryter ner organiskt material och

nitrifikationsbakterierna aumlr begraumlnsade av olika faktorer vilket goumlr att uppeharingllstider foumlr

vatten och slam behoumlver vara olika I en reaktor som aumlr anpassad till nitrifikation kallas

processen tertiaumlr nitrifikation De heterotrofa bakterierna kan vaumlxa till snabbare aumln de

energikraumlvande autotrofa organismerna och kan komma att helt dominera ytorna paring de

baumlrarmaterial som finns att tillgaring i reaktorn vilket goumlr att nitrifikationen begraumlnsas

Genom att separera mikroorganismerna i tvaring tankar kan de fraumlmjas under olika

foumlrharingllanden och reduktionsgraden houmljs Eftersom de autotrofa nitrifikationsbakterierna

kraumlver laringga halter av organiskt material kan denitrifikation och reduktion av organiskt

material genomfoumlras foumlrst och daumlrefter nitrifikation (Metcalf amp Eddy 2003) Forskning

har visat att vid tertiaumlr nitrifikation i biofilmsprocesser aumlr fosfat tydligt begraumlnsande vid

inkommande koncentrationer under ungefaumlr 015 mg fosforl maumltt i fosfatfosfor

(Nordeidet et al 1994) Detta innebar enligt artikelfoumlrfattarna att de biologiska stegen daring

blev haumlmmande paring grund den begraumlnsade maumlngden fosfor

Avloppsvatten som behandlas i en aktivslamanlaumlggning genomgaringr olika faser av

luftning sedimentering syrefri behandling och sedan ytterligare sedimentering foumlr att

reducera organiskt material och naumlringsaumlmnen med hjaumllp av samma sorts

mikroorganismer som i en biofilmsanlaumlggning Mikroorganismerna i en

aktivslamprocess behoumlver precis som i biofilmsprocessen ytor att vaumlxa paring men haumlr finns

endast ytorna paring partiklar som aumlr loumlsta i avloppsvattnet tillgaumlngliga Daumlrfoumlr bildas

flockar av mikroorganismer i vattnet som naumlr de blir tillraumlckligt stora sedimenterar och

Baumlr

arm

ater

ial

An

aero

b z

on

Aer

ob

zo

n

Avlo

pp

svat

ten

NO3

O2

N2

CO2

CH4

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

14

paring saring saumltt renar vattnet Aringtercirkulation av slammet aumlr en mycket viktig del i

aktivslamprocessen eftersom slamaringldern ofta behoumlver vara laumlngre aumln uppeharingllstiden foumlr

vattnet foumlr att mikroorganismerna ska hinna uppnaring oumlnskad reduktionsgrad I en

smaringskalig SBR med endast en processtank uppnaringr slammet houmlg aringlder genom att laringta det

sedimentera och daumlrmed stanna i processtanken under maringnga cykler Slamaringldern blir daring

lika laringng som tidsperioden mellan slamtoumlmningarna Vid laringga koncentrationer av loumlst

syre kan det i en flock uppstaring anoxa foumlrharingllanden och daumlrmed dentrifikation samtidigt

som nitrifikation sker i det yttre lagret av flocken Denna simultana dubbelprocess sker

med laumlgre reaktionshastigheter men kan aumlndaring tillsammans uppnaring houmlga reduktionsgrader

av kvaumlve vid koncentrationer av loumlst syre i storleksordningen 05 mgl (Metcalf amp Eddy

2003)

De tvaring biologiska reningsteknikerna passar foumlr olika tillaumlmpningar baserat paring deras foumlr-

och nackdelar Tack vare att mikroorganismerna i en biofilmsprocess aumlr fastsittande paring

en solid yta aumlr systemet stabilare och taringligare mot gifter och snabba foumlraumlndringar av pH-

vaumlrdet Det yttersta skiktet av biofilmen kan daring douml men det inre skiktet aumlr skyddat saring att

nya mikroorganismer vaumlxer till och processen naringr full reningsgrad i snabbare takt En

biofilmsprocess kan saumlttas igen om floumldet aumlr foumlr laringgt eller om baumlrarmaterialet har foumlr smaring

tomrum en nackdel som inte foumlrekommer i en aktivslamprocess I en aktivslamprocess

kan den viktiga slamaringldern enkelt justeras i och med aringtercirkulationen av slammet

(Metcalf amp Eddy 2003)

24 Provtagning

Vid normal miljoumlskyddsnivaring ska det enligt grundkraven finnas moumljlighet att ta prov paring

utgaringende vatten fraringn avloppsanlaumlggningen Vid misstanke om daringlig funktion kan

tillsynsmyndigheten kraumlva provtagning av utgaringende vatten I kommunala reningsverk

sker provtagning med relativt houmlg tillfoumlrlitlighet baringde i form av regelbunden

provtagning och i form av stickprover tack vare att inkommande foumlroreningar spaumlds ut

med bad- disk- och tvaumlttvatten och andra floumlden fraringn verksamheter till en relativt jaumlmn

belastning oumlver tid I enskilda avlopp kan den hydrauliska och organiska belastningen

variera starkt paring kort tid vilket foumlrsvaringrar provtagningen daring sammansaumlttningen i vattnet

beror paring vad som spolas ner i toaletten precis innan provtagningstillfaumlllet (NFS 20067)

Stickprover aumlr dock vanligaste tillvaumlgagaringngssaumlttet foumlr provtagning vid smaring reningsverk

eftersom genomfoumlrandet av regelbunden och frekvent provtagning ger upphov till

kostnader som saumlllan aumlr motiverade i sammanhanget Provtagning boumlr ske vid normal

belastning paring anlaumlggningen och proven ska tas i speciella provtagningskaumlrl som aumlr

rengjorda innan anvaumlndning Det aumlr viktigt att planera provtagningen i foumlrharingllande till

slamtoumlmning eftersom det kan foumlrsaumlmra vaumlrdenas representativitet foumlr reningsverkets

normala funktion Helst boumlr provtagning ske paring ett och samma vattenpaket paring grund av

variationerna i sammansaumlttningen daring ska haumlnsyn tas till retentionstiden (transporttiden

foumlr ett vattenpaket) Aringrstiden spelar roll foumlr den biologiska aktiviteten och paringverkar

daumlrmed vaumlrden (Cerne et al 2007) Paring grund av de osaumlkerhetsfaktorer som raringder vid

provtagning boumlr analyserna endast tas som en indikation paring anlaumlggningens funktion

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

15

3 Metod

De tre avloppsreningsverk som studeras i denna rapport betjaumlnar till stoumlrsta delen

toalettavlopp fraringn bensinstationer De kommer haumlrifraringn benaumlmnas utifraringn deras

reningsprincip samt uppbyggnad av tankar biofilmsanlaumlggning med reservoar

biofilmsanlaumlggning utan reservoar samt aktivslamanlaumlggning Baserat paring de problem

som utreds i respektive anlaumlggning har provtagning genomfoumlrts foumlr att moumljliggoumlra

analys av reningsverken Foumlr att tydliggoumlra och motivera provtagningen beskrivs

reningsverkens uppbyggnad och funktion i detalj i detta kapitel Stoumlrre delen av

undersoumlkningen om kvaumlvereningen utgick ifraringn biofilmsanlaumlggningen med reservoar

eftersom det daumlr var moumljligt att ta prover paring alla oumlnskade provtagningspunkter i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning i inkommande vatten inte moumljligt

31 Beskrivning av anlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar aumlr ansluten till tvaring bensinstationer som har cirka

1000 respektive 1400 kassakunder per dygn Ingen biltvaumlttsverksamhet aumlr kopplad till

avloppsreningsverket och dricksvattenfoumlrsoumlrjningen sker fraringn egen brunn Den tidigare

avloppsreningsanlaumlggningen som byggdes i boumlrjan av 70-talet var uttjaumlnt och efter en

utredning framkom att det gamla reningsverket inte uppfyllde myndigheternas krav paring

reningsgraden av organiskt material kvaumlve och fosfor (Lilja 2011) Med anledning av

detta installerades ett nytt reningsverk aringr 2013 som dimensionerades foumlr maxfloumldet

30 m3dygn se Tabell 4 Utgaringende floumlde leds till en mosse i naumlrheten

Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar tar emot avloppsvatten fraringn en bensinstation med

ett ungefaumlrligt kundfloumlde paring 850 kunder per dygn Bensinstationen har egen

dricksvattenbrunn och verksamheten innefattar inte biltvaumltt Tidigare avloppsanlaumlggning

anlades 1997 (Lilja 2011) och vid en utredning som gjordes aringr 2011 framkom att

markbaumldden daring 15 aringr gammal bedoumlmdes utifraringn Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd ha

foumlrlorat foumlrmaringgan att rena fosfor (SNV 912) Enligt Naturvaringrdsverkets raringd foumlrvaumlntas

fosfor reduceras med endast cirka 25 efter 10-20 aringr Foumlr att foumlrbaumlttra avloppsreningen

installerades aringr 2013 ett nytt reningsverk som dimensionerades foumlr floumldet 10 m3dygn

Utgaringende floumlde led till en varingtmark bredvid anlaumlggningen

Aktivslamanlaumlggningen behandlar avloppsvatten fraringn en bensinstation med ungefaumlr

600 kassakunder per dygn Tidigare reningsanlaumlggning foumlr avloppsvatten var fraringn aringr

1985 och vid en utredning aringr 2010 noterades att infiltrationen var daringlig eftersom det

rann vatten fraringn draumlningeringsledningen baklaumlnges till en uppsamlingsbrunn

Infiltrationsanlaumlggningen bedoumlmdes vara underdimensionerad foumlr daringvarande belastning

I utredningen foumlreslogs installation av litet reningsverk framfoumlr upprustning av befintlig

anlaumlggning paring grund av oumlkad risk foumlr smittspridning eftersom en dricksvattenbrunn

fanns i naumlrheten (Lundgren 2010) Reningsverket dimensionerades foumlr ett floumlde paring

45 m3dygn Det renade avloppsvattnet transporteras till en perkulationsbrunn och

vidare till ett dike vid houmlga floumlden

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

16

Tabell 4 Dimensioneringsunderlag foumlr projektering av reningsverken Foumlrvaumlntade vaumlrden vid utloppet

baseras paring uppgifter fraringn respektive leverantoumlr till reningsverket

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Kassakunder 2400dygn 850dygn 600dygn Floumldeskapacitet 30 m3dygn 10 m3dygn 45 m3dygn Recipient Mosse Varingtmark Perkulationsbrunn Miljoumlskyddsnivaring Houmlg Normal Normal Foumlrvaumlntade vaumlrdenreduktionsnivaring efter genomgaringngen process

BOD7 10 mgl BOD7 lt 10 mgl BOD7 97 TN 50 reduktion TN 50 reduktion TN 50 TP 03 mgl TP lt 05 mgl TP 90 SS lt 10mgl CODcr lt 30 mgl CODcr 92

Bas i faumlllningskemikalie Jaumlrnklorid Jaumlrnklorid Jaumlrnsulfat

Baringda biofilmsanlaumlggningarna anses fungera bra i flera avseenden foumlrutom vid reduktion

av kvaumlve En hypotes aumlr att reservoaren i den ena av biofilmsanlaumlggningarna har en

utjaumlmnande effekt paring det starkt varierande infloumldet av avloppsvatten som houmljer den

genomsnittliga reningsgraden av framfoumlrallt kvaumlve Aktivslamanlaumlggningen har

aringterkommande problem (ofta i samband med oumlkad belastning) med att det aktiva

slammet doumlr och samtidigt ger upphov till otaumlcka odoumlrer I samtliga anlaumlggningar har det

minst en garingng uppstaringtt problem till foumlljd av misskoumltsel av olika inblandade parter

De tre reningsverk som presenterats haumlr valdes foumlr att moumljliggoumlra undersoumlkningen av

reservoarens inverkan paring olika stora reningsverk med biofilmsprincip

Aktivslamanlaumlggningen ingick i studien foumlr att en diskussion om laumlmpligaste

reningsprincip foumlr avloppsvatten med houmlga halter organiskt material skulle kunna foumlras

32 Anlaumlggningarnas reningsprinciper

321 Biofilmsanlaumlggningarna

Biofilmsanlaumlggningarna aumlr av samma fabrikat och baseras paring aeroba bioreaktorer med

fasta draumlnkta biofilmsprocesser saring kallad fixed film bioreactor Floumldet foumlrflyttas i smaring

omgaringngar mellan tankarna men foumlr att efterlikna ett kontinuerligt floumlde (CSTR) sker

detta saring ofta som var tjugonde minut och med minsta moumljliga batchstorlek

Reningsverken med biofilmsprincip bestaringr av slamsilo reservoar slamavskiljare tvaring

bioreaktorer samt slutsedimentering och pumpbrunn se Figur 3 och Figur 4

Figur 3 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen med reservoar

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed reservoar

1 2 5 4 3

UT

IN

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

17

Figur 4 Principritning oumlver biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

Reservoaren fungerar som en buffert och jaumlmnar ut det varierande infloumldet genom att

med jaumlmna mellanrum skicka det vidare till slamavskiljaren I slamavskiljaren sker

slamavskiljning och slamlagring biologisk foumlrdenitrifikation under anoxa foumlrharingllanden

samt kemisk fosforreduktion Foumlr att skapa omblandning tillsaumltts faumlllningskemikalien

naumlr avloppsvattnet pumpas fraringn reservoaren till slamavskiljaren Den pump som i

omgaringngar foumlr vidare avloppsvattnet till den foumlrsta bioreaktorn pumpar dessutom en liten

maumlngd vatten tillbaka till slamavskiljaren foumlr att ytterligare oumlka omblandningen

Slammet som bildas av faumlllningsflockarna sedimenteras i slamavskiljaren och pumpas

till slamsilon som avskiljer slammet och leder tillbaka klarfasen till slamavskiljaren

Den biologiska reningen sker genom aeroba biofilmsprocesser i tvaring reaktorsteg Under

det fasta baumlrarmaterialet i reaktorerna finns luftdiffusorer som foumlrser den biologiska

processen med de stora maumlngder syre som kraumlvs men lufttillfoumlrseln bidrar ocksaring till

omblandning i tanken Den foumlrsta reaktorn aumlr avsedd att fraumlmst bryta ned

syrefoumlrbrukande aumlmnen som BOD7 och CODcr och den andra aumlr anpassad till

nitrifikation Vid laringg belastning garingr luftningen oumlver i sparlaumlge och ger biomassan endast

tillraumlckligt syre foumlr att oumlverleva Med jaumlmna mellanrum stannas lufttillfoumlrseln helt foumlr att

tillaringta slammet i bioreaktorerna att sedimentera och det pumpas sedan tillbaka till

slamavskiljaren En andel slam inneharingllande nitrat pumpas fraringn nitrifikationstanken

(andra reaktorn) tillbaka till slamavskiljaren daumlr foumlrdenitrifikation sker Maumlngden slam

som pumpas tillbaka anges som en viss andel av batchfloumldet Studier har visat att

recirkulationsfloumldet behoumlver vara 4 garingnger saring stort som tillfloumldet till anlaumlggningen foumlr att

uppnaring 60-75 kvaumlvereduktion (Persson 2005) Det sista steget i reningsverket bestaringr

av slutsedimentering daumlr slammet sedimenteras ytterligare Det finns moumljlighet att

tillsaumltta flockningsmedel aumlven i detta steg men det sker i dagslaumlget inte i dessa

biofilmsanlaumlggningar

322 Aktivslamanlaumlggningen

Reningsverket med aktivslamprincip aumlr en SBR som behandlar en viss maumlngd

avloppsvatten aringt garingngen Inkommande avloppsvatten samlas i uppsamlingstanken och

pumpas haumlrifraringn till processtanken se Figur 5

IN

UT

2 3 4 5

slamsilo slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

18

Figur 5 Principritning oumlver reningsverket med aktivslamprincip

Reningen i processtanken startar automatiskt naumlr den dimensionerade vattenmaumlngden

uppnaringtts i processtanken Den biologiska nedbrytningen sker med aktivt slam och boumlrjar

med att ammonium oxideras till nitrat under luftning Faumlllningskemikalierna tillsaumltts i

slutskedet av luftningen saring att fosforfoumlreningarna faumllls ut I naumlsta processteg

sedimenteras slammet naumlr luftningen avstannat och kvaumlvereduktion sker under anoxa

foumlrharingllanden genom denitrifikation daring nitrat oxideras till kvaumlvgas Foumlr att foumlrse

denitrifikationsbakterierna med tillraumlcklig maumlngd kol tillsaumltts en liten sats obehandlat

avloppsvatten under detta steg I det sista steget leds det renade vattnet oumlverst i tanken ut

till recipienten Naumlr slammet naringr en viss nivaring eller att antalet processer har oumlverstigit

200 tas slammet ut med slamsugningsbil

33 Provtagning

Prover som tagits utanfoumlr ramarna foumlr detta projekt var stickprover och har genomfoumlrts

operativt av andra i anlaumlggningarna insatta personer under aringr 2013 och 2014 Proverna

analyserades daring foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor foumlr inkommande och

utgaringende floumlde och de har sammanstaumlllts som resultat i denna rapport eftersom de utgoumlr

ett viktigt underlag foumlr diskussionen

Provtagning vid reningsverken genomfoumlrdes som stickprover i samarbete med

servicetekniker eller representant fraringn leverantoumlr Proverna skickades nedkylda till

Eurofins ackrediterade laboratorium i Joumlnkoumlping daumlr proverna analyserades enligt

europastandarder I Tabell 5 presenteras datum foumlr provtagning samt naumlr senaste

slamtoumlmning skett

Tabell 5 Datum vid provtagning paring reningsverken samt senast genomfoumlrda slamtoumlmning

Datum Reningsverk Senaste slamtoumlmning

134 2015 Biofilm med reservoar 2 veckor foumlre 214 2015 Biofilm utan reservoar 1-15 vecka foumlre 263 2015 Aktivslam 1 vecka foumlre

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar hade slamtoumlmningen blivit foumlrsenad och orsakat

braumlddning fraringn slamavskiljaren vidare till reaktor 1 och 2 provtagningen genomfoumlrdes

en vecka senare Vid aktivslamanlaumlggningen gjordes en fullstaumlndig slamtoumlmning med

IN UT

uppsamlingstank processtank

6 7

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

19

urskoumlljning endast en vecka foumlre provtagning paring grund av att det aktiva slammet hade

doumltt

Vilka parametrar som analyseras paring avloppsvatten i ett reningsverk boumlr anpassas efter

situation och syfte I Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd foumlr enskilda avlopp

rekommenderas aringtminstone analys av BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor (NFS 20067)

Vid samtliga reningsverk analyserades foumlr inkommande och utgaringende floumlde daumlrfoumlr

BOD7 totalkvaumlve och totalfosfor samt CODcr foumlr att faring en helhetsbild av det totala

kemiska syrebehovet I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var provtagning vid

inkommande vatten inte moumljlig paring grund av oaringtkomlighet I baringda

biofilmsanlaumlggningarna togs ytterligare prover paring nitrat nitrit ammonium och fosfat

mellan processtegen foumlr att moumljliggoumlra en granskning av kvaumlvereduktionen Foumlr att

kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs foumlrst prover som beskriver den totala

reningsgraden i reningsverket Inkommande prov i aktivslamanlaumlggningen

representerades av vattnet i uppsamlingstanken och utgaringende prov togs i processtanken

Som komplement till proverna i aktivslamanlaumlggningen togs aumlven prov paring ammonium

vid inkommande och utgaringende floumlde Vilka prover som togs i de tre reningsverken

presenteras i Tabell 6 och provtagningspunkternas placering i reningsverken visas i Figur

3 Figur 4 och Figur 5 foumlr respektive reningsverk

Tabell 6 Oumlversikt oumlver parametrar som analyserats vid respektive provtagningspunkt

Nr Provtagningspunkt Parametrar

Biofilm

1 Inkommande BOD COD TN TP 2 Efter slamavskiljare BOD COD TN TP 3 Efter reaktor 1 NO3+NO2 NH4 4 Efter reaktor 2 NO3+NO2 NH4 PO4 5 Utgaringende BOD COD TN TP

Aktivslam 6 Inkommande BOD COD TN TP NH4 7 Utgaringende BOD COD TN TP NH4

Maumltosaumlkerheten foumlr respektive analys vid det ackrediterade laboratoriet varierade enligt

Tabell 7

Tabell 7 Maumltosaumlkerhet angivet av ackrediterat laboratorium foumlr utfoumlrda analyser

Analys Maumltosaumlkerhet

BOD7 30 CODcr 10-20 TN 10 TP 10 NH4 15 NO3 10-20 PO4 15

Koncentration av loumlst syre pH och temperatur uppmaumlttes i tankarna i

biofilmsanlaumlggningarna Motsvarande maumltningar var inte moumljliga i

aktivslamanlaumlggningen men daumlr gjordes sedimenteringsprov daring en liter processvatten

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

20

sedimenterade i 30 minuter varefter volymen slam noterades Provet togs i

processtanken efter fullstaumlndig omblandning av vatten och slam

34 Beraumlkningar

Samtliga reaktioner som varit utgaringngspunkt foumlr de teoretiska beraumlkningarna som

gjordes foumlr hand antogs ske fullstaumlndigt Reaktorvolymer och floumlden foumlr respektive

reningsverk presenteras i Tabell 8

Tabell 8 Reaktorvolymer och floumlden i reningsverken

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Aktivslam

Batchstorlek (m3batch) 07 02 15 Medelfloumlde (m3dygn) 13 2 075 Nitrfikationsvolym (m3) 51 23 15 Denitrifikationsvolym (m3) 12 61 15

Reservoarens inverkan studerades genom att medelvaumlrden foumlr utgaringende koncentrationer

beraumlknades varefter houmlgsta respektive laumlgsta procentuellt avvikande vaumlrde togs fram En

jaumlmfoumlrelse gjordes mellan biofilmsanlaumlggningarna daumlr de minst avvikande vaumlrdena

representerade jaumlmnare utgaringende koncentrationer som i detta fall sammanfoumlll med

houmlgre reningsgrader

En viktig funktion i biofilmsanlaumlggningarna var aringterpumpningen av nitrat fraringn andra

reaktorn till slamavskiljaren Antaganden som gjordes foumlr beraumlkning av aringterpumpning

var att denitrifikation endast skedde i slamavskiljaren och nitrifikation endast skedde i

andra reaktorn Foumlr att kunna dimensionera hur stor andel av batchfloumldet som ska

aringterpumpas beraumlknades foumlrst behovet av nitrat vid denitrifikation i slamavskiljaren

Detta gjordes utifraringn beraumlkningar foumlr tre olika reaktionsformler som baserades paring en

generell formulering av organiskt material (CH2O) en definition av organiskt material i

typiskt avloppsvatten (C10H19O3N) (Metcalf amp Eddy 2003) samt utifraringn organiskt

material formulerat som en cell (C12H87O23N12P)3 se ekvationerna 4 14 och 15

Reaktionsformlerna har formulerats paring samma saumltt som ekvation 4 foumlr att moumljliggoumlra

likvaumlrdig jaumlmfoumlrelse

(14)

(15)

Inkommande koncentration av BOD uttrycktes i termer av g biomassam3 genom

nyckeltalet 142 g BODg biomassa (Metcalf amp Eddy 2003) och motsvarade daring

maumlngden organiskt material i inkommande floumlde Baserat paring maumlngden nitrat som

behoumlvdes i slamavskiljaren beraumlknades hur laumlnge det skulle raumlcka under paringgaringende

denitrifikation utan tillsats av nytt nitrat fraringn reaktor 2

3 Muntlig kaumllla Karin Granstroumlm 125 2015

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

21

Maumlngden nitrat som bildades genom nitrifikation i andra reaktorn beraumlknades utifraringn

ekvation 3 samt med inkommande ammoniumkoncentration till reaktor 2 Tillgaringngen

till nitrat fraringn andra reaktorn jaumlmfoumlrdes sedan med behovet i slamavskiljaren varefter en

procentsats av batchfloumldet kunde beraumlknas

En kontroll av kvoten mellan COD och BOD5 gjordes foumlr samtliga reningsverk foumlr att

undersoumlka maumlngden biologiskt svaringrnedbrytbart organiskt material som vid ett laringgt vaumlrde

foumlrsvaringrar denitrifikationsprocessen BOD-koncentrationerna som baserats paring 7 dagar

raumlknades om enligt ekvation 16 foumlrst till UBOD och sedan med hjaumllp av samma

ekvation till BOD5 (Metcalf amp Eddy 2003)

(16)

BODt BOD-koncentration efter exponering av syre under tiden t (gm3)

UBOD Syrebehov foumlr fullstaumlndig biokemisk nedbrytning (gm3)

k Foumlrsta ordningens reaktionskonstant (1d)

t Tid (dagar)

Reaktionskonstanten var 023d vid 20degC men anpassades till verklig temperatur i

biofilmsanlaumlggningarna (12degC) genom ekvation 17 (Metcalf amp Eddy 2003)

(17)

Den biologiska reningen bygger paring att mikroorganismer trivs och kan vaumlxa till Daumlrfoumlr

kontrollerades foumlr samtliga verk tillgaringngen paring kol kvaumlve och fosfor utifraringn kvoterna

5071 10051 eller 10091 som ska uppfyllas foumlr optimal tillvaumlxt av

mikroorganismerna Kvaumlvebrist studerades utifraringn kvoten 507 (CN) och fosforbristen

undersoumlktes foumlr samtliga kvoter (51 71 91 som NP) Vidare kontrollerades aumlven

kvoten mellan BOD5 och TN foumlr brist paring organiskt nedbrytbart kol Beraumlkningarna

utfoumlrdes foumlr samtliga provtagningspunkter daumlr relevanta prover var tagna

Vid beraumlkning av maumlngd behoumlvd faumlllningskemikalie foumlr biofilmsanlaumlggningarna

anvaumlndes uppgifter om loumlsningarna fraringn saumlkerhetsdatablad Andelen loumlsningsbas (det

vill saumlga jaumlrnklorid eller jaumlrnsulfat) i loumlsningen var maumltt i viktprocent och varierade

mellan 35-45 foumlr jaumlrnklorid och 38-40 foumlr jaumlrnsulfat Loumlsningen av jaumlrnklorid

innehoumlll aumlven smaring maumlngder saltsyra och densiteten kunde enligt saumlkerhetsdatabladet

variera mellan 1410-1440 gl Jaumlrnsulfatloumlsningen innehoumlll mycket smaring maumlngder

svavelsyra och mangansulfat och densiteten kunde variera mellan 1450-1550 gl Ett

medelvaumlrde har antagits foumlr de parametrar som i saumlkerhetsdatabladet angivits i intervall

se Tabell 9 foumlr anvaumlnda vaumlrden vid beraumlkning

Tabell 9 Egenskaper hos faumlllningskemikalierna

Loumlsningsbas Densitet (gl) Andel loumlsningsbas

Jaumlrnklorid 1425 40 Jaumlrnsulfat 1450 40

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

22

Beraumlkningen av behoumlvd maumlngd faumlllningskemikalie baserades paring teoretiska

reaktionsformler (ekvation 5 och 6) och gav saringledes svar paring hur mycket loumlsning som

kraumlvdes foumlr att teoretiskt faumllla all fosfor (under foumlrutsaumlttning att all fosfor aumlr i loumlst form)

som uppmaumltts I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar antogs inkommande maumlngd

totalfosfor vara densamma som vid foumlrsta provtagningstillfaumlllet Ingen haumlnsyn togs i

denna beraumlkning till oumlnskad inverkan av pH-vaumlrde

Efter att fosfat faumlllts ut av metaller kraumlvdes en effektiv sedimentering foumlr att kunna

avskilja fosforn fraringn vattnet Foumlr biofilmsanlaumlggningarna beraumlknades daumlrfoumlr den

tillgaumlngliga sedimenteringstiden i tanken daumlr fosforavskiljningen utfoumlrdes genom Stokes

lag se ekvation 7 (Sandberg 2010) En kontroll av laminaumlrt floumlde gjordes genom

beraumlkning av Reynolds tal som vid anvaumlndning av Stokes lag maringste vara under 1 se

ekvation 8 (Sandberg 2010) Eftersom sedimenteringen syftar till att avskilja flockar

fraringn kemisk faumlllning anvaumlndes diameter och densitet foumlr typiska kemiska flockar som

dimensionerande beraumlkningar Ett medelvaumlrde beraumlknades av partikeldensiteten som

angetts i ett intervall (se Tabell 3) Aumlven sedimenteringstiden foumlr organiskt material

undersoumlktes eftersom koncentrationen var mycket houmlg i inkommande avloppsvatten

Partiklarna antogs sjunka endast vertikalt i biofilmsanlaumlggningarna till foumlljd av att

vattnet foumlrvaumlntades vara stillastaringende i en enskild tank Avloppsvattnet antogs ha samma

egenskaper som rent vatten och fysikaliska data insamlades daumlrfoumlr foumlr vatten vid 10degC

(enligt uppmaumltta temperaturer i reningsverken) Vattnets densitet var 9997 kgm3 och

dynamiska viskositeten var 1308 10-6

Nsm2 Sedimenteringstiden beraumlknades sedan

utifraringn tankens houmljd (34 m) se ekvation 9 (Sandberg 2010) Alla flockar beraumlknades

alltsaring sjunka fraringn houmlgsta moumljliga houmljd

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

23

4 Resultat och diskussion

I kapitlet presenteras och diskuteras utredningens resultat utifraringn tagna prover och

litteratur Men foumlrst diskuteras naringgra viktiga faktorer som boumlr beaktas foumlr smaring

reningsverk och vid provtagning i dem

Regelbunden tillsyn och slamtoumlmning av kunniga aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion

och daumlrfoumlr foumlr provtagning Servicetekniker boumlr inte endast ha mycket god kaumlnnedom

om tekniken i reningsverket utan aumlven ha grundlaumlggande kunskaper om mikrobiologin i

reningsprocessen Detta aumlr viktigt foumlr reningsverkets funktion saring att kraven foumlr

miljoumlskydd ska kunna haringllas Det har noterats att skoumltseln av reningsverken som

studeras i denna rapport vid naringgra tillfaumlllen inte fungerat optimalt Exempelvis har

slamtoumlmning foumlrsenats vilket har orsakat braumlddning och tillfaumllligt nedsatt reningsgrad

samt att slamtoumlmning har utfoumlrts paring fel saumltt saring att reningsverkets biologiska reningssteg

foumlrsvagats Vid kommunala reningsverk finns servicetekniker som hela tiden finns paring

plats foumlr att se oumlver processen naringgot som inte aumlr moumljligt vid smaring reningsverk eftersom

serviceteknikern daring vanligtvis har ansvar foumlr ett stoumlrre antal smaring reningsverk utspridda

oumlver ett stort omraringde Det aumlr daumlrfoumlr vara av stor vikt att aumlven fastighetsaumlgaren har

kunskap om reningsverket och dess funktion saring att olaumlgenheter undviks Genomfoumlrs

provtagning foumlr naumlra inparing stoumlrningar som orsakats av bland annat bristfaumlllig skoumltsel

kommer proverna inte representera normal funktion i reningsverket naringgot som behoumlvs

foumlr en trovaumlrdig diskussion kring felsoumlkning

Proverna togs med noggrannhet i rengjorda provflaskor fyllda till bredden foumlr att inte

paringverka syrefoumlrbrukande aumlmnen och skickades sedan inom ett dygn nedkylda till ett

ackrediterat laboratorium foumlr analys enligt europastandarder De vaumlrden som analyserats

kan daumlrfoumlr anses houmlgst tillfoumlrlitliga Eftersom inkommande koncentrationer kan variera

starkt i enskilda anlaumlggningar borde ett och samma vattenpaket vara foumlremaringl foumlr

provtagning Men vid provtagningen till denna rapport togs ingen haumlnsyn till vattnets

uppeharingllstid i reningsverken som uppskattades vara minst ett dygn i samtliga

reningsverk baserat paring medelfloumlden Saringledes togs inkommande prov paring mycket faumlrskt

vatten medan utgaringende prov sannolikt togs paring oumlver ett dygn gammalt avloppsvatten Det

aumlr dock svaringrt att ta prov paring exakt samma vattenpaket eftersom det kraumlver exakta

uppgifter om vattnets uppeharingllstid som kraumlver utfoumlrligare maumltningar och loggning av

vattenfloumldet in till reningsverket Proverna anses aumlndaring kunna ge en tillraumlckligt trovaumlrdig

bild av reningsverkets funktion eftersom rapportens resultat inte kraumlver saringdan

noggrannhet

Temperaturen paring avloppsvattnet under reningsprocessen aumlr viktig foumlr reningsprocessen

Vid houmlgre temperaturer oumlkar hastigheten paring biokemiska reaktioner vilket oumlkar

foumlrbrukningen av loumlst syre Samtidigt loumlser sig syre saumlmre i varmt vatten De prover som

sammanstaumlllts i resultatet fraringn tidigare provtagningar har genomfoumlrts vid olika tider paring

aringret och temperaturen i vattnet har daumlrfoumlr varit olika Av de fem provtagningar som

gjorts garingr det inte se naringgra tydliga moumlnster foumlr hur temperaturen paringverkat

reningsgraden men det aumlr aumlndaring viktigt att ha i aringtanke vid jaumlmfoumlrelse av dem att

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

24

foumlrutsaumlttningarna varit olika Paring samma saumltt foumlrs resonemanget om belastning av floumlde

som inte noterats vid naringgot av de tidigare provtagningstillfaumlllena Floumldesbelastningen

oumlkar normalt vid oumlkande trafik vilken i sin tur oumlkar under sommarmaringnaderna Optimalt

skulle provtagning ske vid samma floumldesbelastning och temperatur foumlr att mer raumlttvist

kunna jaumlmfoumlra proverna Men aringterigen foumlr att uppfylla syftet med denna rapport

behoumlvs inte saringdan noggrannhet Samtliga prover som tagits kan daumlrfoumlr anses ha

tillraumlcklig precision foumlr aumlndamaringlet

Det mest utmaumlrkande med smaring reningsverk aumlr det varierande floumldet och variationerna i

vattnets kvalitet Detta haumlrroumlrs fraumlmst fraringn aktiviteten i fastigheten som aumlr kopplad till

reningsverket Reningsverken som ingaringr i denna studie aumlr kopplade till bensinstationer

daumlr den fraumlmsta aktiviteten som orsakar avloppsvatten utgoumlrs av spolning i toaletter

Antalet spolningar beror helt och fullt paring antalet toalettbesoumlk hur maringnga kunder som

besoumlker bensinstationen och daumlrigenom aumlven paring trafikintensiteten Saringledes varierar den

organiska belastningen i reningsverket mycket eftersom trafiken varierar starkt oumlver

dygnet och oumlver aringret Detta aumlr faktorer som inte kan paringverkas direkt men det finns

loumlsningar foumlr att mildra omstaumlndigheterna innan vattnet rinner in till reningsverket eller i

sjaumllva reningsverket Mer om detta under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

41 Kvaumlverening i biofilmsanlaumlggningarna

Vid ett flertal tillfaumlllen sedan reningsverken togs i bruk har prover analyserats vid

biofilmsanlaumlggningarna Trots olika foumlrutsaumlttningar vid provtagningarna saring som aringrstider

och belastning kan reningsgraderna foumlr organiskt material konstateras vara konsekvent

houmlga medan reningsgraden av kvaumlve i samtliga fall var laringg

En sammanstaumlllning av prover som tagits vid inkommande och utgaringende vatten till

reningsverken med biofilm presenteras i Tabell 10

Tabell 10 Sammanstaumlllning av inkommande och utgaringende vaumlrden i gm3 samt total reduktionsgrad (red) i

procent foumlr prover som tagits vid biofilmsanlaumlggningarna Inkommande vaumlrden foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar finns endast foumlr den foumlrsta provtagningen

Parameter BOD7 (gm3)

CODcr (gm3)

TN

(gm3)

TP (gm3)

Datum In Ut Red In Ut Red In Ut Red In Ut Red

Bio

film

med

rese

rvo

ar

810 -13 520 47 910 1200 170 858 180 130 278 20 24 880 52 -14 830 42 949 1700 220 871 150 170 -133 16 44 725 65 -14 700 64 909 5100 250 951 190 189 53 21 44 790 186 -14 2800 95 997 6800 80 988 240 180 250 22 11 950 134 -15 850 6 993 1100 68 938 170 150 118 19 08 958

Medel 1140 34 3180 158 186 162 20 26

Bio

film

uta

n

rese

rvo

ar

810 -13 680 93 986 1900 250 866 290 130 552 25 92 632 65 -14 - 38 - - 230 - - 270 - - 10 - 186 -14 - 24 - - 120 - - 240 - - 32 - 129 -14 - 45 - - 78 - - 180 - - 07 - 214 -15 - 3 - - 48 - - 210 - - 03 -

Medel 16 145 206 47

Sedan biofilmsanlaumlggningarna installerades aringr 2013 har reduktionsgraderna visat en

tydligt oumlkande tendens Detta foumlrklaras med att mikroorganismerna anpassar sig till de

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

25

specifika foumlrharingllanden som raringder och blir allt baumlttre paring att hantera de houmlga halterna

organiskt material i inkommande avloppsvatten Vid rening av avloppsvatten med houmlga

halter organiskt material aumlr det daumlrfoumlr viktigt att ge mikroorganismerna ordentligt med

tid Reningsgraderna faringr av den anledningen inte foumlrvaumlntas vara skyhoumlga direkt vid

installation utan oumlkar fortloumlpande De laringngvariga effekterna av mikroorganismernas

anpassningsfoumlrmaringga foumlrekommer speciellt i biofilmsanlaumlggningar eftersom

mikroorganismerna daumlr aumlr taringligare aumln suspenderade organismer i en aktivslam-

anlaumlggning

Biofilmsanlaumlggningen med reservoar hade houmlga krav paring miljoumlskyddsnivaring daumlr utgaringende

koncentrationer baserat paring dygnsprov inte fick oumlverstiga 30 mg BODl 40 mg

totalkvaumlvel och 1 mg totalfosforl (NFS 20067) Eftersom proverna som presenteras i

Tabell 10 var stickprover faringr var en strikt jaumlmfoumlrelse inte moumljlig men beraumlknade

medelvaumlrden foumlr samtliga tagna stickprover ansaringgs ge en mer tillfoumlrlitlig jaumlmfoumlrelse

Utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 uppmaumlttes till 34 mgl vilket konstaterades precis

oumlverstiga kravet paring 30 mgl Analysen av huruvida totalkvaumlvet uppfyllde kraven foumlr houmlg

miljoumlskyddsnivaring var entydig eftersom uppmaumltta koncentrationer i utgaringende floumlde aldrig

understigit 130 mg totalkvaumlvel trots att kravet var houmlgst 40 mgl Utgaringende

koncentrationer av totalfosfor har sedan installationen foumlrbaumlttrats avsevaumlrt men

medelvaumlrdena oumlversteg aumlndaring kravet paring 1 mgl Biofilmsanlaumlggningen utan reservoar

hade laumlgre utgaringende medelkoncentration (16 mgl) aumln anlaumlggningen med reservoar och

klarade daumlrfoumlr kraven foumlr houmlg miljoumlskyddsnivaring trots att det i omraringdet endast raringder

normal skyddsnivaring Medelvaumlrden foumlr totalkvaumlve och totalfosfor aumlr houmlgre aumln foumlr

anlaumlggningen med reservoar men lyckas aumlndaring inte leva upp till kraven paring utgaringende

koncentrationer De naumlmnda graumlnserna foumlr utgaringende koncentrationer har beraumlknats

utifraringn normala foumlrharingllanden i husharingllsavlopp och borde daumlrfoumlr inte vara direkt

applicerbara i de haumlr fallen Samtidigt konstateras att inga specifika regler gaumlller foumlr

avloppsvatten med houmlga halter organiskt material varfoumlr kraven foumlr normalt

husharingllsavlopp trots allt aumlr de gaumlllande I Sverige saknas alltsaring lagar och riktlinjer

anpassade till avvikande avloppsvatten som inte aumlr industriellt

Paring grund av variationerna i floumldet och att kvaliteten paring avloppsvattnet in till

reningsverket starkt beror av aktiviteten i bensinstationen vid tillfaumlllet kan proverna

enbart anses representera respektive reningsverk daumlr provtagningen gjordes I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrsenades slamtoumlmningen och genomfoumlrdes

daumlrfoumlr foumlrst en vecka foumlre provtagning Foumlrseningen orsakade braumlddning fraringn

slamavskiljaren till baringda reaktorerna och kraumlvde att avloppsvattnet cirkulerades i

reningsverket flera garingnger foumlr att allt vatten skulle genomgaring hela behandlingen Att

anlaumlggningen varit oumlverbelastad med houmlga koncentrationer av organiskt material och

kvaumlve under naringgra dagar orsakade sannolikt en oumlkning av framfoumlrallt kvaumlvehalterna

Detta beror paring att en houmlg halt av organiskt material haumlmmar nitrifikationsbakterierna

som omvandlar ammonium till nitrat Vaumlrdena visade dock paring saring stora halter av kvaumlve i

utgaringende floumlde att slamtoumlmningen inte var enda foumlrklaringen till den daringliga reduktionen

av kvaumlve Andra moumljliga foumlrklaringar diskuteras senare i avsnittet

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

26

Denna diskussion grundar sig i foumlrsta hand paring de senast tagna proverna (134 respektive

214 2015) Foumlr att moumljliggoumlra generaliserande slutsatser av de uppmaumltta totala

reningsgraderna har vaumlrdena validerats mot medelvaumlrden av tidigare prover (810 2013

till 129 2014) paring inkommande vatten Denna validering var dock inte moumljlig foumlr

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar eftersom provtagning paring inkommande vatten

kraumlvde avstaumlngning av fosforfaumlllningen samt att provtagningen genomfoumlrs tidigast en

vecka senare I biofilmsanlaumlggningen med reservoar har medelvaumlrden av inkommande

BOD7 CODcr totalkvaumlve (TN) och totalfosfor (TP) beraumlknats till 1213 gm3 3700 gm

3

190 gm3 och 20 gm

3 Medelkoncentrationen av BOD7 och CODcr var lite houmlgre aumln

vaumlrdena fraringn den senaste provtagningen medan totalkvaumlve och totalfosfor kunde anses

representera normala inkommande koncentrationer till reningsverket Med andra ord aumlr

den senaste provtagningen representativ foumlr diskussion i mer generella sammanhang

Det varierande infloumldet aumlr en av svaringrigheterna vid smaringskalig rening av avloppsvatten

Som vaumlntat vid provtagning i smaring reningsverk varierar daumlrfoumlr vaumlrdena paring inkommande

vatten mycket se Tabell 10 Foumlr att undersoumlka hypotesen om reservoarens betydelse foumlr

utgaringende vattenkvalitet har samtliga prover analyserats utifraringn medelvaumlrden foumlr

respektive parameter Studeras endast koncentrationer i utgaringende vatten (Tabell 10)

uppnaringr anlaumlggningen med reservoar baumlttre medelvaumlrden foumlr kvaumlve och fosfor (162 gm3

respektive 26 gm3) aumln den utan (206 gm

3 respektive 47 gm

3) Samtidigt presterar

anlaumlggningen utan reservoar laumlgre utgaringende koncentrationer foumlr BOD7 och CODcr men

detta haumlrleds troligare till skillnader i belastning samt storleken paring reningsverken

Hypotesen kan ocksaring studeras utifraringn Figur 6 daumlr stoumlrsta respektive minsta avvikande

vaumlrde i foumlrharingllande till medelvaumlrdet presenteras

Figur 6 Procentuell avvikelse fraringn medelvaumlrden paring koncentrationer av BOD7 CODcr totalfosfor och

totalkvaumlve i utgaringende floumlde foumlr biofilmsanlaumlggningarna med respektive utan reservoar

Medelvaumlrdena foumlr utgaringende koncentrationer motsvarar 0 avvikelse och fraringn Tabell 10

avlaumlses houmlgsta avvikande vaumlrde foumlr exempelvis BOD7 i biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar till 38 gm3 (som motsvarar 90 avvikelse) och laumlgsta avvikande vaumlrde till

3 gm3 (som motsvarar -82 ) Koncentrationerna i utgaringende vatten fraringn

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar avviker mer aumln i anlaumlggningen med reservoar i

samtliga fall Exempelvis har avvikande vaumlrden foumlr totalkvaumlve i biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar uppmaumltts till 31 avvikelse respektive -37 avvikelse fraringn

medelvaumlrdet medan det i biofilmsanlaumlggningen med reservoar endast avviker 5

respektive -20 Sammantaget visar medelvaumlrden och avvikande procentsatser att

90

59

5

68

-82 -57

-20

-70

-100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm med reservoar

141

72

31

114

-81 -67

-37

-94 -100

-50

0

50

100

150

BOD7 CODcr TN TP

Pro

cen

tuell

avvik

els

e (

)

Biofilm utan reservoar

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

27

hypotesen om reservoarens positiva effekt paring utgaringende koncentrationer av framfoumlrallt

kvaumlve staumlmde

Slamavskiljarens centrala roll foumlr den totala reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar visualiseras i Figur 7

Figur 7 Total reningsgrad samt reduktionsgrad i slamavskiljaren av organiskt material kvaumlve och fosfor i

biofilmsanlaumlggningen med reservoar

Reduktionen av BOD7 uppgick till 85 och lika stor del av fosforreduktionen gjordes

enbart i slamavskiljaren I figuren syns aumlven att reduktionen av kvaumlve endast sker i

slamavskiljaren Eftersom reningsverken med biofilmsprocess till stor del styrs genom

fosforfaumlllningen i slamavskiljaren var det som haumlnde daumlr mycket viktigt vid analys av

den totala reningsfunktionen vilket visar sig vid senare diskussioner

Genom att studera pH-vaumlrdet i de olika tankarna kan kvaumlvereduktionen analyseras I

biofilmsanlaumlggningen med reservoar var pH-vaumlrdet i inkommande floumlde mycket houmlgt

men efter behandling i slamavskiljaren saumlnktes den markant paring grund av

faumlllningskemikalien se Tabell 11

Tabell 11 pH-vaumlrde och koncentration av loumlst syre i avloppsvattnet i biofilmsanlaumlggningarna

Anlaumlggning In Slamavskiljare Reaktor 1 Reaktor 2 Slutsed

pH Biofilm med reservoar 94 74 8 85 - Biofilm utan reservoar - 75 89 89 87

syre (gm3)

Biofilm med reservoar - 06 8 95 - Biofilm utan reservoar - 047 92 10 -

I baringda reningsverken houmljdes pH-vaumlrdet fraringn slamavskiljaren till de foumlrsta reaktorerna

vilket tyder paring att organiskt material brutits ner Att pH-vaumlrdet i anlaumlggningen med

reservoar sedan houmljdes ytterligare till reaktor 2 kan foumlrklaras med att organiskt material

fortsatte att brytas ner trots att reaktorn var taumlnkt till den pH-saumlnkande

99 94

12

96

85

56

12

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BOD7 CODcr TN TP

Red

ukti

on

sgra

d (

)

Total reningsgrad Reduktion i slamavskiljaren

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

28

nitrifikationsprocessen I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlraumlndrades inte pH-

vaumlrdet mellan reaktor 1 och 2 vilket tyder paring att ingen nitrifikation aumlgde rum pH-vaumlrdet

ger samtidigt en indikation paring nitrifikationshastigheten i en process daumlr optimala

nitrifikationshastigheter uppnarings vid pH 75-8 I reaktorerna daumlr nitrifikation foumlrvaumlntades

ske var pH-vaumlrdet foumlr houmlgt foumlr att gynna nitrifikationsbakterierna En av foumlrklaringarna

till daringlig reduktion av kvaumlve var alltsaring att foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation inte var

gynnsamma

Tillgaringngen paring loumlst syre under luftad fas i reaktorerna var oumlver 8 gm3 (se Tabell 11)

vilket var naumlra maumlttnadskoncentrationen av syre i vatten och anses tillraumlckligt foumlr att

uppfylla bakteriernas syrebehov En maumltning av syrekoncentrationen direkt efter tillsats

av nytt organiskt material visade att syret foumlrbrukades daring koncentrationen i reaktorn

endast uppgick till 5-6 gm3 Detta ansaringgs aumlndaring tillraumlckligt foumlr att foumlrse

mikroorganismerna med syre eftersom forskning visat att koncentrationer av loumlst syre

som understiger 05 gm3 haumlmmar nitrifikationen avsevaumlrt (Metcalf amp Eddy 2003) Det

aumlr daumlrfoumlr sannolikt att syrebrist inte var en bidragande orsak till den nedsatta

nitrifikationen I slamavskiljaren oumlnskas anoxa foumlrharingllanden med koncentrationer av loumlst

syre under 1 gm3 men foumlr att speciellt fraumlmja denitrifikationsbakterierna kraumlvs att

koncentrationerna av syre naringr ner till 02 gm3 (Metcalf amp Eddy 2003) Enligt

maumltningarna tillfredsstaumllls de laringga syrekoncentrationerna tillraumlckligt foumlr att de inte ska

vara haumlmmande foumlr denitrifikation i biofilmsanlaumlggningarna Sammanlagt anses

syrekoncentrationerna vara tillraumlckligt houmlga eller laringga i respektive tank och har totalt sett

daumlrfoumlr inte paringverkat reduktionen av kvaumlve negativt

En sammanstaumlllning av viktiga vaumlrden foumlr analys av kvaumlverening under processen

presenteras i Figur 8

Figur 8 Resultat fraringn provtagning i mellanstegen i biofilmsanlaumlggningarna

Att maumlngden ammonium som uppmaumltts i foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar (140 g NH4m3) aumlr densamma som i den andra reaktorn tyder paring att ingen

nitrifikation skett i andra reaktorn Studeras maumlngden nitrat vid samma

provtagningspunkter staumlrks detta paringstaringende eftersom maumlngden nitrat efter andra reaktorn

slamavskiljare reaktor 1 reaktor 2 slutsed

IN

UT

NH4 150 gm3

NO3 29 gm3

PO4 01 gm3

NH4 170 gm3

NO3 05 gm3 TN 170 gm3

TP 09 gm3 Biofilm utan reservoar TN 210 gm3

TP 03 gm3

TN 150 gm3

TP 28 gm3 NH4 140 gm3

NO3 01 gm3 NH4 140 gm3

NO3 04 gm3

PO4 03 gm3

Biofilm med reservoar TN 150 gm3

TP 08 gm3

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

29

aumlr mycket liten (04 g NO3m3) Daumlrfoumlr aumlr det inte troligt att denitrifikation har bidragit

till kvaumlvereduktionen eftersom det foumlrutsaumltter tillgaringng till nitrat fraringn

nitrifikationsprocessen Maumlngden totalkvaumlve efter slamavskiljaren foumlraumlndrades inte till

utgaringende floumlde vilket tillsammans med tidigare resonemang kan bekraumlfta att den enda

kvaumlverening som skett i reningsverket med biofilmsprocess och reservoar haumlnde i

slamavskiljaren Detta tyder paring att den stoumlrsta delen av kvaumlvereningen intraumlffade genom

att partikulaumlrt bundet kvaumlve sedimenterade Det kan samtidigt betyda att maumlngden

partikulaumlrt bundet kvaumlve motsvarar ungefaumlr 12 av totala kvaumlvemaumlngden istaumlllet foumlr

50 som antas finnas i vanligt husharingllsavlopp Eftersom dimensionering av

reningsverk samt kraven paring dem baseras paring att 50 av kvaumlvet aumlr partikulaumlrt aumlr det inte

foumlrvaringnande att biofilmsanlaumlggningarna som behandlar detta speciella avloppsvatten inte

uppfyller kraven paring rening av kvaumlve

I biofilmsanlaumlggningen utan reservoar saknas en helhetsbild oumlver totala reduktionen av

kvaumlve dock kan proverna i mellanstegen avsloumlja hur processen fungerar i reaktorerna

se Figur 8 Att maumlngden totalkvaumlve oumlkade fraringn slamavskiljaren (170 gm3) till utgaringende

prov (210 gm3) kan vid foumlrsta anblick verka konstigt men behoumlver inte betyda att

maumlngden kvaumlve totalt sett har oumlkat i reningsverket Med tanke paring att koncentrationen

kvaumlve enligt tidigare provtagning av inkommande floumlde till biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar var mycket houmlg (290 gm3) aumlr det snarare troligt att kvaumlvet faktiskt reducerats

marginellt Den minskande maumlngden ammonium fraringn 170 gm3 till 150 gm

3 efter

reaktorerna tyder paring att nitrifikation har aumlgt rum om aumln i begraumlnsad utstraumlckning Vid

analys av maumlngden nitrat (29 gm3) efter andra reaktorn staumlrks paringstaringendet om att

nitrifikation har skett Maumlngden nitrat som bildats ger dessutom baumlttre foumlrutsaumlttningar

foumlr denitrifikation i slamavskiljaren men huruvida det har aumlgt rum eller inte garingr inte att

saumlga utifraringn de tillgaumlngliga proverna Enligt de senaste proverna paring framfoumlrallt nitrat

fungerade kvaumlvereduktionen alltsaring baumlttre i anlaumlggningen utan reservoar aumln den med

reservoar Paring grund av att inkommande prov saknas foumlr biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar aumlr det svaringrt att foumlrklara orsakerna till den baumlttre nitrifikationen

Foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation undersoumlks genom att studera maumlngden tillgaumlngligt

nitrat kontra behovet av detsamma Den teoretiska maumlngd nitrat som behoumlvdes i

slamavskiljaren varierade stort beroende paring hur det organiska materialet definierades se

Tabell 12

Tabell 12 Teoretisk och verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2 samt teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren

beraumlknat utifraringn olika definitioner av organiskt material

Definition av organiskt material

Biofilm med reservoar

Biofilm utan reservoar

Behov av nitrat i slamavskiljaren

CH2O 18 582 g NO3 7 485 g NO3 C10H19O3N 222 g NO3 90 g NO3

C12H87O23N12P 51 g NO3 21 g NO3

Teoretisk tillgaringng till nitrat fraringn reaktor 2

2 454 g NO3 1 325 g NO3

Verklig tillgaringng till nitrat i reaktor 2

43 g NO3 1755 g NO3

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

30

Definitionen av organiskt material (C10H19O3N) i avloppsvatten ansaringgs representera det

verkliga avloppsvattnet baumlst framfoumlr den generella beskrivningen av organiskt material

(CH2O) och den specifika formeln foumlr en cell (C12H87O23N12P) Vid jaumlmfoumlrande av de

teoretiska maumlngderna nitrat i reaktor 2 med den faktiska uppmaumltta maumlngden i proverna

var skillnaderna mycket stora i baringda anlaumlggningarna I biofilmsanlaumlggningen utan

reservoar uppmaumlttes maumlngden nitrat i hela tanken till 175 g NO3 vilket motsvarade

13 av den teoretiskt tillgaumlngliga maumlngden nitrat Den uppmaumltta nitratmaumlngden i

anlaumlggningen med reservoar motsvarade endast en promille av den teoretiska maumlngden

De teoretiska beraumlkningarna visar alltsaring att det aumlr moumljligt att uppnaring avsevaumlrt houmlgre

koncentrationer av nitrat till foumlljd av nitrifikation

I biofilmsanlaumlggningarna foumlrsaringgs denitrifikationsprocessen i slamavskiljaren med nitrat

fraringn andra reaktorn genom aringterpumpning vilket alltsaring var avgoumlrande foumlr reduktionen av

kvaumlve fraringn avloppsvattnet Teoretiska beraumlkningar av hur mycket nitrat som bildas i

andra reaktorn jaumlmfoumlrdes med ett teoretiskt behov av nitrat i slamavskiljaren foumlr att

uppskatta storleken paring returpumpfloumldet fraringn andra reaktorn Teoretiska maumlngden nitrat i

slamavskiljaren till biofilmsanlaumlggningen med reservoar (222 g NO3) beraumlknades raumlcka i

knappt 6 timmar motsvarande ett uttag av cirka 17 batcher fraringn slamavskiljaren I

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar foumlrvaumlntades maumlngden nitrat i slamavskiljaren (90 g

NO3) raumlcka i knappt 3 timmar vilket motsvarade ett uttag av 8 batcher Foumlr att

uppraumlttharinglla tillraumlcklig maumlngd nitrat som behoumlvdes teoretiskt i slamavskiljaren i

anlaumlggningen med reservoar kraumlvdes att 4 av batchfloumldet returpumpades med samma

frekvens som batcherna foumlrflyttades (var tjugonde minut) Foumlr biofilmsanlaumlggningen

utan reservoar kraumlvdes att 26 av batchfloumldet returpumpades foumlr att bibeharinglla 90 g

NO3 i slamavskiljaren I foumlrharingllande till forskning gjord vid en aktivslamanlaumlggning

med foumlrdenitrifikation daumlr returpumpning av 4 garingnger tillfloumldet till anlaumlggningen

rekommenderades var de teoretiska resultaten mycket avvikande (Persson 2005)

Situationerna var dock inte helt kompatibla i termer av reningsteknik

(biofilmaktivslam) och storlekar paring inkommande floumlde och batchfloumlde Samtidigt

baserades rekommendationen paring erfarenhetsvaumlrden i verkliga anlaumlggningar och inte

teoretiska beraumlkningar som tagits fram i denna utredning vilket troligen var den

huvudsakliga foumlrklaringen till de mycket olika resultaten Av detta konstateras aumlndaring att

4 respektive 26 var en mycket laringgt raumlknad returpumpsmaumlngd av batchfloumldet

Beraumlkningen utgick fraringn teoretisk tillgaringng och behov av nitrat vilka sannolikt inte kan

uppnarings aumlven vid ett fullt funktionerande reningsverk Daumlrfoumlr boumlr returpumpningen oumlkas

med ytterligare en saumlkerhetsfaktor foumlr att uppfylla det verkliga behovet av nitrat i

slamavskiljaren Beraumlkningarna utifraringn teoretiska reaktionsformler kan anses motsvara

en mycket foumlrenklad verklighet men resultaten visar aumlndaring paring att det finns goda

moumljligheter att foumlrse denitrifikationsbakterierna med den maumlngd nitrat som behoumlvs foumlr

att avlaumlgsna kvaumlvet fraringn avloppsvattnet

Ett annat saumltt att undersoumlka foumlrutsaumlttningarna foumlr denitrifikation aumlr att studera

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 kvoten ska helst vara 05 (Metcalf amp Eddy 2003)

I ingaringende vatten till foumlrsta reaktorn i biofilmsanlaumlggningen med reservoar visade sig

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

31

foumlrharingllandet mellan COD och BOD5 vara paring en nivaring (02) i avloppsvattnet som tolkas ha

en houmlg halt av biologiskt svaringrnedbrytbara aumlmnen som foumlrsvaringrar denitrifikation Aumlven i

biofilmsanlaumlggningen utan reservoar var denna kvot paring en nivaring (04) som tyder paring att

denitrifikationsbakterierna hade det svaringrt att arbeta optimalt Detta visualiseras aumlven i

Figur 9 daumlr halten COD i biofilmsanlaumlggningen var avsevaumlrt mycket houmlgre aumln i

anlaumlggningen utan reservoar Dock noterades utifraringn beraumlkning av denna kvot att

inkommande vatten till reningsverket med reservoar inte innehoumlll en foumlr houmlg halt (06)

av aumlmnen som haumlmmar denitrifikationen De biologiskt laumlttnedbrytbara aumlmnena har

troligtvis reducerats genom sedimentation till foumlljd av faumlllning till en saring houmlg grad i

slamavskiljaren att det kan ha en haumlmmande effekt paring denitrifikationen

En annan anledning till varfoumlr nitrifikationen inte fungerar som oumlnskat aumlr moumljligtvis att

reningsverken inte var anpassade till det speciella avloppsvatten som det var avsett att

rena Reningsverken dimensionerades efter normalt husharingllsavlopp som i normala fall

inneharingller upp till 350 mg BOD7l och normalt ca 700 mg CODcrl men halterna var nu

istaumlllet i genomsnitt 1140 mg BOD7l och 3180 mg CODcrl Eftersom baringde foumlrharingllandet

mellan COD och BOD var annorlunda och halterna mycket houmlgre saring aumlr det troligt att

mikroorganismerna helt enkelt inte hinner med att reducera allt organiskt material i den

tank som aumlr avsatt till det detta trots att en stor del flockas och sedimenteras i

slamavskiljaren genom fosforfaumlllningen Den bristfaumllliga reduktionsfoumlrmaringgan av kvaumlve

foumlrklaras daumlrfoumlr sannolikt av att reaktorerna aumlr foumlr smaring eller kanske till och med foumlr faring

foumlr att klara av den houmlga organiska belastningen

Vid tillvaumlxt av mikroorganismer aumlr balansen mellan naumlringsaumlmnen essentiell baringde foumlr

de organismer som utfoumlr reduktion av kvaumlve och de som reducerar organiskt material

Balansen mellan naumlringsaumlmnen aumlr daumlrigenom aumlven avgoumlrande foumlr reningsgraden

Ytterligare en beraumlkning som kan goumlras foumlr att studera foumlrutsaumlttningarna foumlr

denitrifikation aumlr daumlrfoumlr kvoten BOD5TN som inte boumlr understiga 25 foumlr att processen

ska fungera normalt (Winkler 2012) I biofilmsanlaumlggningen med reservoar laringg kvoten

paring 41 vilket alltsaring tyder paring att det inte saknas organiskt material som foumlrser

mikroorganismerna med kol Optimala foumlrharingllandet mellan kol och kvaumlve (507) visade

att det inte heller raringder naringgon brist paring kvaumlve i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngligt kol i

avloppsvattnet (Ekholm 2008) Varken maumlngden kol eller kvaumlve utgoumlr alltsaring naringgon risk

foumlr haumlmmande effekt paring reningsgraden i biofilmsanlaumlggningarna

I foumlrsta reaktorn foumlrvaumlntades den biologiska reduktionen av organiskt material ske

genom tillvaumlxt av mikroorganismer Tillvaumlxten kraumlver naumlrvaro av kol kvaumlve och fosfor

foumlr att fungera normalt Vattnet som genomgaringtt behandling i slamavskiljaren hade enligt

tagna prover som presenteras i Figur 9 tillgaringng till en mycket liten maumlngd fosfor

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

32

Figur 9 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor i vattnet som garingr in till foumlrsta reaktorn

I biofilmsanlaumlggningen med reservoar fanns 28 g totalfosform3 och i anlaumlggningen

utan reservoar endast 09 g totalfosform3 Notera samtidigt att uppmaumltta

koncentrationer av fosfat efter reaktorerna som presenterades i Figur 8 uppgick till

03 gm3 foumlr biofilmsanlaumlggningen med reservoar och 01 gm

3 foumlr den utan

Koncentrationerna aumlr saring smaring att de aumlven om de blivit uppmaumltta inte automatiskt innebaumlr

att mikroorganismerna kan tillgodogoumlra sig det eftersom organismerna ocksaring maringste

rdquohittardquo fosfatet Forskning som gjorts har visat att fosfatfosfor aumlr tydligt begraumlnsande vid

tertiaumlr nitrifikation som i dessa biofilmsanlaumlggningar om koncentrationerna understiger

cirka 015 gm3 (Nordeidet et al 1994) Utifraringn givna fakta var alltsaring maumlngden fosfor

precis paring graumlnsen eller under den koncentration som visat sig vara klart begraumlnsande foumlr

nitrifikation Med anledning av detta undersoumlktes tillgaringngenbristen paring fosfor utifraringn de

teoretiskt optimala kvoterna mellan kvaumlve och fosfor Det visade sig aumlven haumlr att stora

maumlngder fosfor saknades i reaktorerna i foumlrharingllande till behovet foumlr optimal tillvaumlxt se

Figur 10

130

480

150

28

83

200 170

09 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

BOD7 CODcr TN TP

Ko

nce

ntr

atio

n (

gm

sup3)

Biofilm med reservoar Biofilm utan reservoar

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

33

Figur 10 Andel fosfor som saknas i foumlrharingllande till olika kvoter av optimalt tillgaumlnglig maumlngd kvaumlve i

inkommande vatten (in) till verket med reservoar samt i inkommande vatten till de foumlrsta reaktorerna (R1)

Fosforbristen i reaktorerna uppmaumlttes till cirka 87 i biofilmsanlaumlggningen med

reservoar och cirka 96 i den utan reservoar baserat paring foumlrharingllandet 71 mellan kvaumlve

och fosfor Samtliga tre foumlrharingllanden (51 71 och 91) som av olika kaumlllor anses

motsvara optimala kvoten mellan naumlringsaumlmnena visade samstaumlmmigt paring stor fraringnvaro

av fosfor i reaktorerna (Ekholm 2008 Slade et al 2011 Sandberg 2010) Bristen paring

fosfor berodde paring att reduktionen av fosfor var mycket stor i slamavskiljaren och

foumlrklarade varfoumlr reduktion av organiskt material kraumlvdes i baringda reaktorerna Naumlr

mikroorganismerna saknade tillraumlckliga maumlngder av det vaumlsentliga naumlringsaumlmnet fosfor

kunde de inte fungera normalt naringgot som var speciellt paringtagligt daring halten organiskt

material var mycket houmlg i foumlrharingllande till maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen De

haumlmmade mikroorganismerna foumlrsaumlmrade foumlrutsaumlttningarna foumlr

nitrifikationsbakteriernas tillvaumlxt i den andra reaktorn baringde paring grund av avsaknaden av

fosfor men aumlven foumlr att de bakterierna inte trivs vid houmlga koncentrationer av organiskt

material Detta ledde till en foumlrsaumlmrad reduktion av kvaumlve

Dimensionering av doserad maumlngd faumlllningskemikalie har hittills fraumlmst baserats paring

inkommande floumlde till reningsverket hur stora flockar som bildas utifraringn

flockningsprov samt paringverkan paring pH-vaumlrde Baserat endast paring hur mycket fosfor som

reducerats enligt den senaste provtagningen beraumlknades en teoretiskt behoumlvd maumlngd

faumlllningskemikalie foumlr respektive biofilmsanlaumlggning I biofilmsanlaumlggningen med

reservoar behoumlvdes 12 dl loumlsningbatch avloppsvatten och 04 dl loumlsningbatch

avloppsvatten foumlr anlaumlggningen utan reservoar Om haumlnsyn tas till osaumlkerhetsfaktorer i

samband med till exempel inblandning av kemikalien kan de teoretiska maumlngderna

behoumlva oumlkas med en faktor tvaring som saumlkerhetsmarginal I ideala fall kraumlvs det alltsaring en

mycket liten maumlngd kemikalie endast foumlr att faumllla all inkommande fosfor Eftersom

fosfor har visat sig vara den begraumlnsade faktorn foumlr det biologiska reningssteget borde

doseringen av faumlllningskemikalie inte dimensioneras utifraringn justering av pH-vaumlrde eller

44

91 97

22

87

96

0

83

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med reservoar (in) Med reservoar (R1) Utan reservoar (R1)

Fo

sfo

rbri

st i f

oumlrh

aringlla

nd

e ti

ll kvaumlv

e (

)

51

71

91

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

34

flockning som baringda hittills varit den huvudsakliga grunden foumlr doseringen i

anlaumlggningarna Dock kommer pH-vaumlrdet behoumlva justeras paring annat saumltt

Med anledning av den stora reduktionen av fosfor i slamavskiljaren studerades

faumlllningskemikaliens funktion i termer av flockningsmedel pH-justering och

fosforfaumlllning En foumlrdel med att tillsaumltta faumlllningskemikalie foumlre den biologiska

reningen var att avlasta paringfoumlljande processteg genom att saumlnka den houmlga halten

organiskt material genom flockning Faumlllningskemikalien bidrog daumlrigenom till

foumlrbaumlttrad sedimentation med hjaumllp av metallfosfat-foumlreningarna som bildades vid

faumlllningen

Beraumlkning av sedimenteringstid foumlr olika typer av flockar visade att tillsats av naringgon

sorts flockningsmedel var noumldvaumlndigt foumlr att det organiska materialet i slamavskiljaren

ska sedimenteras inom avsatt tid I utraumlkningarna foumlrutsattes vattnet i reaktorn vara

laminaumlrt vilket ansaringgs vara ett rimligt antagande eftersom det i verkliga fall inte sker

naringgon omblandning under sedimentering Dock beraumlknades Reynods tal samt partikelns

hastighet utifraringn foumlrenklingen att avloppsvattnet hade samma egenskaper som rent

vatten vad gaumlllde densitet och dynamisk viskositet vilket troligtvis oumlkade

sedimenteringstiden marginellt Partiklarna antogs sedimentera fraringn hela fallhoumljden i

reaktorvolymen foumlr denitrifikation vilket troligen resulterade i en laumlngre

sedimenteringstid trots att partiklarnas hastigheter blev houmlgre Sannolikt jaumlmnas dessa

felkaumlllor ut saring att resultaten aumlndaring aumlr trovaumlrdiga Tiden foumlr sedimentering av kemiska

flockar i en satsvis reaktor beraumlknades i biofilmsanlaumlggningen med reservoar till

34 minuter och i anlaumlggningen utan reservoar till 27 minuter Sedimentering av

organiskt material daumlr partiklarna var stoumlrre aumln kemiska flockar men hade en mycket

laumlgre densitet kunde daumlremot ta 15-10 timmar enligt beraumlkningarna Tillsats av ett

medel som oumlkar flockningen var alltsaring betydelsefullt foumlr avlastning av resterande

biologisk rening

Nitrifikationsbakterier aumlr kaumlnsliga baringde foumlr sura och basiska foumlrharingllanden och arbetar

optimalt vid pH 75-8 (Metcalf amp Eddy 2003) Eftersom pH-vaumlrdet i inkommande

avloppsvatten var houmlgt (pH 9) var en saumlnkning i slamavskiljaren noumldvaumlndig foumlr att

underlaumltta foumlr nitrifikationen speciellt med tanke paring att reduktion av BOD aumlr en process

som houmljer pH-vaumlrdet

Utgaringende koncentrationer av BOD7 och CODcr var mycket laringga i baringda

biofilmsanlaumlggningarna speciellt enligt den senaste provtagningen (se Tabell 10) Detta

kan tolkas som att den biologiska processen inte aumlr haumlmmad av fosforbrist ndash de har ju

houmlga reningsgrader Av resultaten som just presenterats haumlr aumlr dock en troligare

foumlrklaring till de houmlga reningsgraderna av organiskt material att reningsverken aumlr

dimensionerade foumlr laumlgre organisk belastning aumln de som raringder Logiken aumlr samtidigt

enkel finns tillraumlckligt med fosfor tillgaumlngligt foumlr mikroorganismerna under processen

daring det organiska materialet bryts ner saring har mikroorganismerna stoumlrre chans att reducera

det organiska materialet i given reaktorvolym Reduceras det organiska materialet

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

35

tillraumlckligt i foumlrsta reaktorn foumlrbaumlttras samtidigt foumlrutsaumlttningarna foumlr nitrifikation och

kvaumlvereningen kan saringledes oumlka

Ur perspektivet att faumllla fosfor var funktionen hos faumlllningskemikalien mycket god

eftersom reduktionen i slamavskiljaren i biofilmsanlaumlggningen med reservoar var 85

Fosforfaumlllningen var dock saring kraftig att det haumlmmade kvaumlvereduktionen i efterfoumlljande

biologiska reningssteg Foumlr att undvika fosforbrist i reaktorerna kraumlvs en drastisk

minskning eller alternativt ett upphoumlrande av tillsatsen av fosforfaumlllande kemikalie i

slamavskiljaren Flockning samt saumlnkning av pH maringste daring ordnas paring annat saumltt se

vidare under rubriken aringtgaumlrdsfoumlrslag

42 Utslagning av aktivt slam

Foumlr att kunna studera varfoumlr det aktiva slammet doumlr togs prover som gav en uppfattning

om reningsverkets allmaumlnfunktion i termer av total reningsgrad I Figur 11 presenteras

reningsgrader foumlr BOD7 CODcr totalkvaumlve och totalfosfor

Figur 11 Reningsgrad av organiskt material totalkvaumlve och totalfosfor i aktivslamanlaumlggningen

Reduktionen av kvaumlve var vid provtagningstillfaumlllet endast 34 och fosforreduktionen

uppgick till 50 vilket inte var tillraumlckligt foumlr att klara kraven paring minst 70 reduktion

av fosfor BOD7-reduktionen var 94 och daumlrfoumlr godkaumlnd utifraringn Naturvaringrdsverkets

krav

En moumljlig orsak till den uppmaumltta laringga kvaumlvereduktionen kan ha varit de omstaumlndigheter

som raringdde vid provtagningstillfaumlllet En vecka foumlre provtagning utfoumlrdes en fullstaumlndig

slamtoumlmning i reningsverket paring grund av att slammet var doumltt Kvaumlvereningen som aumlr

en biologisk reningsprocess utfoumlrd av mikroorganismer foumlrsaumlmrades markant paring grund

av detta eftersom antalet mikroorganismer reducerades kraftigt Autotrofa

mikroorganismer som ansvarar foumlr nitrifikationsprocessen foumlroumlkar sig laringngsamt och

aringterhaumlmtningen under endast en vecka var troligtvis inte tillraumlckligt foumlr att uppnaring full

reningskapacitet foumlr kvaumlve Sedimenteringsprovet som gjordes i processtanken

bekraumlftade detta eftersom det endast fanns 2 cl slam per liter avloppsvatten (se Figur 12)

94

82

3

50

0

20

40

60

80

100

BOD7 CODcr TN TP

Ren

ings

grad

(

)

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

36

och det vid optimala foumlrharingllanden finns cirka 75 cl aktivt slam

Utifraringn detta konstateras att proverna foumlr kvaumlve inte

representerade reningsverkets reningskapacitet vid normal

funktion och proverna kan saringledes inte utgoumlra underlag foumlr

diskussion av kvaumlvereningen i detta fall Reduktionen av

organiskt material var daumlremot houmlg vilket indikerar att denna

reningsprocess fungerade tillraumlckligt bra redan en vecka efter

slamtoumlmning Vaumlrden foumlr BOD7 och CODcr anses daumlrmed

representera reningskapaciteten vid normal funktion i verket

I Tabell 13 presenteras inkommande och utgaringende koncentrationer foumlr alla analyserade

parametrar

Tabell 13 Koncentrationer av BOD7 CODcr totalkvaumlve totalfosfor samt ammonium i inkommande och

utgaringende floumlde till reningsverket i aktivslamanlaumlggningen

(gm3) In Ut Reduktion

BOD7 970 60 938

CODcr 1500 270 820

TN 290 280 34

TP 34 17 500

NH4 220 260 -182

Ammonium bildas vid nedbrytning av organiskt material samtidigt som det anvaumlnds vid

bildning av ny biomassa Att dra slutsatser om nitrifikationsprocessen utifraringn maumlngden

ammonium i vattnet aumlr daumlrfoumlr inte laumlmpligt Detta resonemang staumlrks av proverna som

tagits maumlngden ammonium oumlkade under reningsprocessen med 40 gm3 men

koncentrationen totalkvaumlve har minskat Dock ligger oumlkningen av ammonium inom

intervallet foumlr maumltosaumlkerhet vid analys av proverna (15 ) och halten ammonium kan

daumlrfoumlr lika gaumlrna ha minskat med 32 gm3 Foumlr vidare utredning om hur kvaumlvereningen

fungerar i aktivslamanlaumlggningen behoumlvs daumlrfoumlr fler prover och daumlribland framfoumlrallt foumlr

analys av nitrat

Uppsamlingstanken har ungefaumlr samma funktion som reservoaren i

biofilmsanlaumlggningen och vattnet daumlr anses daumlrfoumlr vara representativt foumlr inkommande

provtagning eftersom det aumlr en blandning av allt vatten som kommit in under det senaste

dygnet Reaktorn stod i vilolaumlge vid provtagningstillfaumlllet vilket tyder paring att en cykel

precis var avslutad och daumlrfoumlr anses proverna vaumll representera den utgaringende

vattenkvaliteten

Det aumlr mycket troligt att vaumlrdena foumlr fosfor gav en trovaumlrdig bild av normal funktion foumlr

fosforfaumlllning vid provtagningstillfaumlllet eftersom det i foumlrsta hand aumlr kemikalier som

ansvarar foumlr den reningsprocessen Att mikroorganismerna var kraftigt reducerade till

antal och funktion paringverkade sannolikt inte fosforreduktionen Utifraringn vaumlrdena fraringn

aktivslamanlaumlggningen noteras att fosforreduktionen (50 ) trots det inte naringdde upp till

foumlrvaumlntade utslaumlppsnivaringer Det fanns daumlrfoumlr anledning att tro att faumlllningen eller

Figur 12 Sedimenteringsprov

i aktivslamanlaumlggningen

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

37

flockningen inte fungerade fullt ut som den borde Foumlr att kunna ta reda paring varfoumlr det

inte fungerade kraumlvs en tillbakablick paring tillstaringndet i reningsverket In till reningsverket

kom avloppsvatten som innehoumlll houmlga koncentrationer av organiskt material och kvaumlve

Vid de tillfaumlllen daring det aktiva slammet slagits ut har slammet varit svart samt avgett en

fraumln lukt Utifraringn teori om anoxa foumlrharingllanden vid nedbrytning av organiskt material aumlr

foumlljande foumlrlopp daumlrfoumlr intressant Under foumlrharingllanden daring koncentrationen av loumlst syre aumlr

laringg och halten organiskt material samtidigt aumlr houmlg finns det risk att det jaumlrnfosfat som

bildats under flockning loumlses upp under reaktion med organiskt material och paring saring saumltt

frigoumlr jaumlrnjoner Vid tillsats av faumlllningskemikalie i aktivslamanlaumlggningen frigoumlrs sulfat

fraringn loumlsningen samtidigt som faumlllningen sker Under anoxa foumlrharingllanden bildar sulfat

tillsammans med organiskt material illaluktande vaumltesulfid Vaumltesulfid och fritt jaumlrn

reagerar mycket gaumlrna med varandra om de finns tillgaumlngliga samtidigt och bildar daring

jaumlrnsulfid som ger upphov till svart faumlrg Utifraringn beskrivningar av situationen i

aktivslamanlaumlggningen rimmar detta kemiska reaktionsfoumlrlopp mycket vaumll med

tillstaringndet i reningsverket Bildandet av jaumlrnsulfid var saringledes en konsekvens av daringligt

syreutbyte mellan tillfoumlrd luft och avloppsvattnet i kombination med den houmlga organiska

belastningen

Maumlngden tillgaumlngliga naumlringsaumlmnen (NP) kontrollerades utifraringn de optimala

foumlrharingllandena 51 71 och 91 foumlr tillvaumlxt av mikroorganismer och visade att det inte

raringdde brist paring kol eller kvaumlve vid provtagningstillfaumlllet (Ekholm 2008 Slade et al 2011

Sandberg 2010) I inkommande vatten saknades daumlremot 41 fosfor enligt kvoten 51

och enligt kvoten 71 saknades 18 Faumlllningen av fosfor i boumlrjan av reningsprocessen

oumlkade daumlrmed den redan paringtagliga bristen paring fosfor och haumlmmade mikroorganismernas

tillvaumlxt och reningsfoumlrmaringga vid senare processteg

Kvoten BOD5TN var i inkommande vatten 27 och indikerar att kvaumlvetillgaringngen

medgav en normal nitrifikationshastighet Vidare beraumlknades foumlrharingllandet mellan COD

och BOD5 till 03 foumlr inkommande vatten till aktivslamanlaumlggningen Detta tyder paring att

andelen biologiskt nedbrytbara aumlmnen aumlr houmlg (optimalt ska kvoten vara 05) vilket

sannolikt har en haumlmmande effekt paring denitrifikationsprocessen

43 Aringtgaumlrdsfoumlrslag

Foumlr att faring bukt med de problem som diskuterats i denna rapport presenteras haumlr naringgra

aringtgaumlrdsfoumlrslag Foumlrslagen aumlr framtagna efter oumlnskad funktion och ingen haumlnsyn har tagits

till kostnad foumlr inkoumlp installation eller drift

En av anledningarna till den daringliga reduktionen av kvaumlve i biofilmsanlaumlggningarna

haumlrleds till feldimensionerade reningsverk eftersom det kraumlvs stoumlrre eller fler tankar foumlr

att klara av att reducera de houmlga halterna organiskt material Att tillsaumltta utspaumldande

vatten fraringn intilliggande vattendrag aumlr ocksaring ett alternativ som minskar den organiska

belastningen Daring kommer dock den hydrauliska belastningen oumlka men detta behoumlver

inte leda till ett behov av fler tankar eftersom reningsverken aumlr dimensionerade utifraringn

hydraulisk och organisk last som beror av varandra Samtidigt raringder med stor

sannolikhet fosforbrist men detta loumlses till exempel genom att faumlllningskemikalien

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

38

ersaumltts med polymerer Polymerer bidrar till oumlkad flockning men faumlller inte ut den

vaumlrdefulla fosforn som kraumlvs foumlr att foumlrbaumlttra reduktionen av organiskt material och

kvaumlve Avskiljningen av fosfor kan exempelvis istaumlllet ske i slutsedimenteringstanken

genom tillsats av faumlllningskemikalie eller efter reningsverket i form av fosforfilter

Installation av en saringdan efterbehandling har dessutom rekommenderats foumlr reningsverk i

liten skala eftersom de verkar som en barriaumlr vid driftstoumlrningar Polymerer paringverkar

inte pH-vaumlrdet saring detta behoumlver justeras paring annat saumltt i slamavskiljaren eller i foumlrsta

reaktorn eftersom inkommande vatten hade mycket houmlgt pH-vaumlrde

Genom att oumlka syreutbytet i aktivslamanlaumlggningen undviks anoxa foumlrharingllanden och

daumlrmed aumlven bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Syreutbytet kan exempelvis oumlkas

genom tillsats av ren syrgas eller oumlkning av luftningen Det senare alternativet ska dock

genomfoumlras med stoumlrsta foumlrsiktighet eftersom det samtidigt kan ge andra ooumlnskade

effekter som till exempel daringlig flockning eller foumlrsaumlmrad sedimentering Tillsats av ren

syrgas aumlr effektivare aumln luft och daumlrfoumlr vanligare vid bekaumlmpning mot sulfidbildning

Vidare kan en faumlllningskemikalie baserad paring klorid istaumlllet foumlr sulfat rekommenderas

eftersom tillgaringng till sulfat moumljliggoumlr bildandet av sulfider

Vid projektering av smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med houmlg organisk

belastning boumlr haumlnsyn tas till de olika reningsprincipernas laumlmplighet relaterat till

avloppsvattnets egenskaper En biofilmsprocess aumlr avsevaumlrt taringligare mot stoumlrningar och

ploumltsliga tillsatser av houmlga koncentrerade aumlmnen En aktivslamanlaumlggning aumlr vanligtvis

effektivare men det aumlr under foumlrutsaumlttningen att det aktiva slammet faringr en houmlg aringlder

Baserat paring de problem som diskuterats och utretts i denna rapport rekommenderas

biofilmsanlaumlggningar framfoumlr aktivslamanlaumlggningar vid behandling av avloppsvatten

med houmlg organisk belastning

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

39

5 Slutsatser

Utredningen har lett till att foumlljande slutsatser kan dras

Att kvaumlvereningen i biofilmsanlaumlggningarna med houmlg organisk belastning

fungerar daringligt beror mycket sannolikt paring fosforbrist hos mikroorganismerna

men aumlven feldimensionerade reningsverk kan vara en foumlrklaring En reservoar

visade sig foumlrbaumlttra den genomsnittliga reningsgraden av kvaumlve Kvaumlvereningen

kan utifraringn teorin om fosforbrist foumlrbaumlttras genom att avsluta fosforfaumlllningen i

slamavskiljaren och istaumlllet genomfoumlra den i slutsedimenteringstanken eller

genom installation av fosforfilter efter reningsverket Polymerer behoumlver daring

tillsaumlttas istaumlllet i slamavskiljaren foumlr att oumlka reduktionen av organiskt material

innan reaktorerna

I aktivslamanlaumlggningen med houmlg organisk belastning aumlr anledningen till att det

aktiva slammet slarings ut bildandet av vaumltesulfid och jaumlrnsulfid Detta kan undvikas

genom oumlkat syreutbyte samt genom byte av sulfatbaserad faumlllningskemikalie till

en kloridbaserad

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

40

6 Vidare studier

Foumlreslagna aringtgaumlrder foumlr att undvika fosforbrist i biofilmsanlaumlggningarna leder till fraringgor

om hur pH-vaumlrdet i avloppsvattnet boumlr justeras daring flockningsmedlet inte har den

funktionen Fortsatta studier om hur det houmlga pH-vaumlrdet ska saumlnkas aumlr daumlrfoumlr noumldvaumlndigt

foumlr att undersoumlka vilka tillsatser som aumlr laumlmpliga i smaring reningsverk I andra

tillaumlmpningar anvaumlnds exempelvis syror foumlr saumlnkning av pH-vaumlrde men syrors inverkan

paring mikroorganismerna i ett reningsverk aumlr aumlnnu inte utredd Foumlr detta behoumlvs en utoumlkad

litteraturstudie av aumlmnesomraringdet samt tester i laboratoriemiljouml daumlr mikroorganismers

tillvaumlxthastighet kan studeras och maumltas I samband med utredningen av pH-justerare

behoumlvs aumlven forskning vid verkliga anlaumlggningar daumlr hela konceptet med tillsats av

polymerer och pH-justerare i slamavskiljaren samt fosforfilter eller faumlllning i

slutsedimenteringstanken proumlvas

Reservoaren visade sig oumlka den genomsnittliga reningsgraden i biofilmsanlaumlggningen

som utreds i denna rapport men foumlr att dra generella slutsatser om en reservoars

inverkan paring reningsgraden i liknande anlaumlggningar kraumlvs undersoumlkningar baringde i faumllt och

laboratoriemiljouml daumlr inverkan av floumldesutjaumlmnande installationer studeras Fler

anlaumlggningar med olika stora reservoarer behoumlver daring inkluderas i studien foumlr att kunna

se trender i reningsgraderna

Dimensioneringsunderlaget till smaring reningsverk som ska behandla avloppsvatten med

houmlg organisk belastning behoumlver ses oumlver Noggrannare foumlrundersoumlkningar av

avloppsvattnets egenskaper och inneharingll kraumlvs vid projektering foumlr att reningsverkets

storlek och process ska kunna anpassas till de specifika foumlrharingllandena Foumlr detta kraumlvs

ingen speciell forskningsmetod utan endast grundligare foumlrberedelser fraringn

projektoumlrernas sida

Foumlr att kunna saumlkerstaumllla teorierna som presenterats om uppkomsten av vaumltesulfid och

jaumlrnsulfid i aktivslamanlaumlggningen kraumlvs fler provtagningar Forskning som visat att

koncentrationer av loumlst syre oumlver 05 gm3 kraumlvs foumlr att foumlrhindra bildandet av sulfider

(Zhang et al 2008) motiverar maumltningar av syrekoncentrationen i vattnet vid de

tillfaumlllen daring slammet blir svart Vidare kan det vara av intresse att analysera vattnet foumlr

foumlrekomst av sulfider eftersom dessa aumlr centrala i utredningen och koncentrationer oumlver

2 gm3 samtidigt har visat sig haumlmma reduktion av nitrit med 50 (Pan et al 2013)

Det finns en uppsjouml forskningsrapporter som studerar smaringskalig reningsteknik vid

behandling av normalt husharingllsavloppsvatten i syfte att oumlka reningsgraderna och

foumlrbaumlttra tekniken Forskning inom omraringdet smaringskalig rening av avloppsvatten med

houmlga halter organiskt material har under litteraturstudien foumlr detta projekt daumlremot visat

sig vara naumlst intill obefintlig Behovet av kunskap inom detta omraringde oumlkar stadigt i takt

med att aumlldre anlaumlggningar som inte klarar reningskraven byts ut och ersaumltts med smaring

reningsverk Kunskapsluckor kring rening av avloppsvatten med houmlga koncentrationer

organiskt material har visat sig finnas i olika grad bland tillverkare av smaring reningsverk

servicetekniker och slamsugningsservice Avsaknaden av specialkompetensen bidrar till

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

41

foumlrsvaringrande omstaumlndigheter foumlr att uppnaring de krav som staumllls fraringn myndigheter Att

studera hur smaringskaliga reningsverk paringverkas av houmlga halter organiskt material aumlr daumlrfoumlr

oumlnskvaumlrt Forskningen genomfoumlrs med foumlrdel i laboratoriemiljouml daumlr halten organiskt

material i avloppsvattnet kan varieras och effekterna paring mikroorganismer syrebehov

och tillgaringng paring naumlringsaumlmnen kan studeras Forskningen boumlr avslutas med en

informationskampanj foumlr att samtliga beroumlrda i branschen ska kunna tillgodogoumlra sig

den nya kunskapen

Samtidigt som kunskap inom detta specialomraringde saknas finns aumlven en lucka i de lagar

som gaumlller foumlr smaring reningsverk med houmlg organisk belastning I samtliga fall som gaumlller

smaring reningsanlaumlggningar vid fastigheter med enskilda avlopp verkar myndigheterna ha

houmlga maringl som ska uppfyllas genom straumlnga krav Tyvaumlrr haumlnger inte den alltmer

populaumlra tekniken med smaring reningsverk med i den takt som kraven stramas aringt Smaring

reningsverk med houmlg organisk belastning aumlr dessutom en klass foumlr sig i och med att det

avloppsvattnet skiljer sig starkt fraringn vanligt husharingllsavlopp I dagslaumlget formuleras

reglerna utifraringn personekvivalenter ett begrepp som inte aumlr laumlmpligt att applicera paring

avloppsvatten med houmlg organisk belastning Reglerna skulle daumlrfoumlr behoumlva formuleras

utifraringn foumlrharingllandet i avloppsvattnet och inte endast utifraringn vanligt husharingllsavlopp som

i dagslaumlget De haringrda kraven boumlr dock inte saumlnkas utan tekniken behoumlver foumlrbaumlttras Det

behoumlvs en utredning som studerar eller sammanstaumlller vilka typer av enskilda

avloppsvatten som foumlrekommer i Sverige idag foumlljt av ett foumlrslag paring hur regler ska

formuleras foumlr att baumlttre taumlcka alla typer av avloppsvatten I samband med detta skulle

certifieringar av paketreningsverk som idag utfoumlrs paring frivillig basis (P-maumlrkning) kunna

bli obligatoriska Daring oumlkar fokus paring vattenkvaliteten i utgaringende floumlde fraringn

anlaumlggningarna vilket aumlr noumldvaumlndigt foumlr att uppnaring bland annat miljoumlkvalitetsmaringlen

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

42

Referenser

Abegglen C Ospelt M amp Siegrist H (2008) Biological nutrient removal in a small-

scale MBR treating household wastewater Water research 42 (1ndash2) 338-346

Aringstrand K Pettersson B Bergqvist M Gunnesby U amp Garingrdstam L (2013)

Haringllbar aringterfoumlrening av fosfor (Rapport 6580) Bromma Naturvaringrdsverket

Tillgaumlngligwwwnaturvardsverketsepublikationer [2015-03-01]

Bitton G (1999) Wastewater microbiology (2 uppl) Gainesville Wiley

Bruce A M Merkins J C amp Haynes B A O (1975) Pilot studies on the

treatment of domestic sewage by two-stage biological nitrification - with special

reference to nitrification Water Pollution Control (GB) 74 88

Cederloumlf K (2008) Smaring avloppsanlaumlggningar handbok till allmaumlnna raringd (Rapport

20083) Bromma Havs- och vattenmyndigheten

Cerne O Allard A Ek M Junestedt C amp Svenson A (2007) Utvaumlrdering av

behandlingsmetoder foumlr lakvatten fraringn deponier (B1748) Stockholm IVL

Svenska miljoumlinstitutet AB

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=uploadstod-i-miljoarbetetvagledningavfalldeponeringdeponi-ivl-

utvardering-lakvattenpdf [2015-03-05]

Cronholm P (2014) Avloppsvattnets miljoumlparingverkan Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseSa-mar-miljonVattenAvloppsvatten [2015-05-

21]

Ek A (2014) Miljoumlkvalitetsmaringlen [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletSveriges-

miljomalMiljokvalitetsmalen [2015-02-13]

Ek M Junestedt C Larsson C Olshammar M amp Ericsson M (2011) Teknikenkaumlt

- enskilda avlopp 2009 (Rapport 44) Norrkoumlping SMED

Tillgaumlnglighttpwwwsmedsewp-

contentuploads201105SMED_Rapport_2011_44pdf [2015-02-23]

Ekholm P (2008) NP ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems

(Opublicerad sammanfattning av utredning uppl) Finland Finnish Environment

Institute

Europaparlamentet (2014) Europaparlamentets och raringdets direktiv 200060EG

Tillgaumlnglig httpswwwnotisumsernpeulag300L0060htm [2015-05-09]

Garingrdstam L (2014) Miljoumlkvalitetsmaringl och riktlinjer foumlr avlopp [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwnaturvardsverketseMiljoarbete-i-samhalletMiljoarbete-i-

SverigeUppdelat-efter-omradeAvlopp [2014-11-16]

43

Harremoumles P (1982) Criteria for nitrification in fixed-film reactors Water Science and

Technology 14 167

Holby O (2015) Biorening 2 kvaumlve (Opublicerat kursmaterial fraringn foumlrelaumlsning)

Karlstad Karlstads universitet

Huumlbinette M (2009) Tillsyn paring minireningsverk inklusive maumltning av funktion

(Rapport 200907) [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpwwwlansstyrelsensevastragotalandSvpublikationer2009Pages2009_07a

spx [2015-02-09]

Kunskapscentrum Smaring Avlopp (2011) Frivillig certifiering startar 2014 [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpkunskapscentrumavloppsguidenseblogsfrivillig-certifiering-

startar-2014html [2015-02-16]

Lilja A (2011) Dricksvatten- och avloppsvattenutredning foumlr bensinstationer

(Opublicerad utredning utfoumlrd av AringF Infrastructure AB) Goumlteborg AringF

Infrastructure AB

Lundgren K (2010) Utredning kring dagvatten spillvatten och dricksvatten vid

bensinstation (Opublicerad utredning utfoumlrd av Sweco Environment AB)

Joumlnkoumlping Sweco Environment AB

Metcalf amp Eddy (2003) Wastewater Engineering treatment and reuse (4 uppl) New

York McGraw-Hill

Mohanakrishnan J Gutierrez O Sharma KR Guisasola A Werner U Meyer

RL Keller J amp Yuan Z (2009) Impact of nitrate addition on biofilm properties

and activities in rising main sewers Water research 43 4225-4237

Naturvaringrdsverket (2004) Fosforutslaumlpp till vatten aringr 2010 - delmaringl aringtgaumlrder

och styrmedel (Rapport 5364) Bromma Naturvaringrdsverket

TillgaumlnglighttpwwwnaturvardsverketseNerladdningssidafileType=pdfampdow

nloadUrl=Documentspublikationer620-5364-7pdf [2015-05-09]

NFS 20067 Naturvaringrdsverkets foumlrfattningssamling - Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd

om smaring avloppsanordningar foumlr husharingllsspillvatten Stockholm Naturvaringrdsverket

Nordeidet B Rusten B amp Oslashdegaard H (1994) Phosphorus requirements for tertiary

nitrification in a biofilm Water Science amp Technology 29 (1011) 77

Pan Y Ye L amp Yuan Z (2013) Effect of H2S on N2O reduction and accumulation

during denitrification by methanol utilizing denitrifiers Environmental science amp

technology 47 (15) 8408-8415

Persson PO (2005) Miljoumlskyddsteknik strategier och teknik foumlr ett haringllbart

miljoumlskydd Stockholm Kungliga Tekniska Houmlgskolan

Ray BT (1995) Environmental Engineering Southern Illinois University

Carbondale PWS Publishing Company

44

Risinger B (2013) Styrmedel foumlr en haringllbar aringtgaumlrdstakt av smaring avloppsanlaumlggningar

Goumlteborg Havs- och Vattenmyndigheten [2013]

Rodgers M Zhan X- amp Prendergast J (2005) Wastewater treatment using a

vertically moving biofilm system followed by a sand filter Process Biochemistry

40 3132-3136

Sandberg M (2010) Beraumlkningskompendium foumlr reningsteknik (Opublicerat

kursmaterial till kursen Reningsteknik) Karlstad Karlstads universitet

SFS 1998899 Foumlrordning (1998899) om miljoumlfarlig verksamhet och haumllsoskydd sect 12

Sverige Miljoumldepartementet

Skarstedt A (2015) Vanliga fraringgor och svar om smaringavlopp [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpswwwhavochvattensehavfiske--fritidavloppfragor-och-svar-om-sma-

avlopphtml [2015-04-29]

Skarstedt A (2014) Smaring avloppsanlaumlggningar [Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpswwwhavochvattensehavfiske--fritidavlopphtml [2015-02-13]

Slade A Thorn G amp Dennis M (2011) The relationship between BODN ratio and

wastewater treatability in a nitrogen-fixing wastewater treatment system Water

Science and Technology 63 (4) 627-632

SNV 912 Naturvaringrdsverkets allmaumlnna raringd om rening av husharingllsspillvatten Solna

Naturvaringrdsverket

Sylwan I (2011) Efterbehandling efter minireningsverk (Rapport 20112)

[Elektronisk] Tillgaumlnglig

httpswwwhavochvattensedownload18732980de143b1b1de5336dd139201638

6243rapport-kcsa-2011-02-efterbehandling-efter-minireningsverkpdf [2015-05-

09]

van Brink M amp Jerlmark M (2015) Byggproduktcertifikat BPC Tillgaumlnglig

httptjansterkiwaseproduktcertifieringbyggproduktcertifikat-bpc [2015-02-16]

Wikipedia (2015a) Hard water Tillgaumlnglig httpenwikipediaorgwikiHard_water

[2015-04-29]

Wikipedia (2015b) Iron(II) sulfide Tillgaumlnglig

httpenwikipediaorgwikiIron(II)_sulfide [2015-04-20]

Winkler M (2012) Optimal nutrient ratios for wastewater treatment [Elektronisk]

Tillgaumlnglig httpwwwhach-langesequicksearch-

quicksearchjsakeywords=Optimal+nutrient+ratios+for+wastewater+treatment

[2015-05-04]

Ye C Hu Z Kong H Wang X amp He S (2008) A new soil infiltration technology

for decentralized sewage treatment Two-stage anaerobic tank and soil trench

system Pedosphere 18 401-408

45

Zackrisson N Karlsson M Ekvall A Forsberg B Jantsch T Eikum A amp

Johannessen E (2013) Minireningsverk i Sverige och Norge - en jaumlmfoumlrelse av

lagstiftning tillsyn och drift (Rapport fraringn projekt Hav moumlter Land) [Elektronisk]

Tillgaumlnglig

httpwwwlansstyrelsensevastragotalandSvpublikationer2013Pages2013-

68aspx [2015-05-09]

Zhang L De Schryver P De Gusseme B De Muynck W Boon N amp Verstraete

W (2008) Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission

control in sewer systems A review Water research 42 (1ndash2) 1-12