Vid Fillans reningsverk i Sundsvall pågår ett pilotförsök kring kväverening i kallt vatten. Resultaten kommer att hjälpa även andra nordliga kommuner att bygga kostnadseffektiva kvävereningsanläggningar när så behövs.
Sundsvall har hittills inte renat för kväve i sina avloppsreningsverk, men nu måste man tänka om. Främsta skälet är att totalkväve numera ingår i bedömningsgrunden för miljökvalitetsnormer och att värdena i Sundsvallsfjärden är för höga. Dessutom visa nya studier att kväve är det begränsande näringsämnet i denna del av Östersjön. Tidigare har Östersjön norr om Norrtälje inte ansetts vara kvävekänslig.
– Även om det mesta av kvävet kommer från Egentliga Östersjön, kan det finnas miljöfördelar att avskilja kväve redan på reningsverket, säger Malin Tuvesson, process- och utvecklingsansvarig på Mittsverige Vatten & Avfall (MSVA).
En central fråga är om Sundsvalls tre befintliga reningsverk ska byggas ut med kväverening eller om de ska ersättas av ett enda nytt reningsverk. Vilket alternativ det än blir, behövs mer kunskap för att kunna bygga kostnadseffektivt. Att rena för kväve i kalla vatten kräver mer, men hur mycket?
– När vi tittade på olika lösningar för våra reningsverk i Sundsvall upptäckte vi att det fanns väldigt lite data att tillgå för kallt vatten. Nu genomför vi ett pilotförsök för att förstå hur vi ska dimensionera en kvävereningsanläggning med våra förutsättningar. Vi måste veta vad som funkar, säger Malin Tuvesson.
I syfte att fylla dessa kunskapsluckor startade MSVA i januari 2021 ett pilotprojekt tillsammans med IVL Svenska Miljöinstitutet och tre andra norrländska VA-bolag: Miva i Örnsköldsvik, Lumire i Luleå och Vakin i Umeå. Projektet, som beräknas kosta sex miljoner kronor, har huvudsakligen finansierats av BSAP Fund/Nefco, Svenskt Vatten Utveckling, och Stiftelsen IVL. Purac och de deltagande VA-bolagen har också bidragit.
Kväve kan renas både med aktivslamprocess och MBBR. För piloten i Sundsvall valdes MBBR-teknik eftersom den är mindre känslig för kalla temperaturer. Det fanns också mer erfarenhet av denna teknik i kalla vatten, framför allt från Norge som i dag har kväverening med MBBR vid ett fåtal reningsverk. För att bidra med kunskap därifrån är även MBBR-teknikens upphovsman, professor Hallvard Ødegaard, knuten till projektet.
– I aktivslam är alla bakterier blandade när de passerar genom syrerika respektive syrefattiga zoner. I MBBR, däremot, växer olika bakterier på bärare i olika zoner. Med MBBR är det därför möjligt att ha en längre slamålder för nitrifierande bakterier än för heterotrofa bakterier. Risken att helt tappa nitrifierande bakterier under kalla perioder är dessutom lägre. Däremot behövs större volymer för att uppnå fullständig nitrifikaktion i kallt vatten. Hur stora volymer är en av de centrala frågorna i vårt projekt. MBBR är inte heller lika utrymmeskrävande som aktivslam vilket också är en stor fördel, säger Malin Tuvesson.
IVL har dimensionerat pilotanläggningen tillsammans med norsk expertis. Teknikföretaget Purac har hjälpt till att bygga. Allting ryms i den blå containern som står vid Fillans reningsverk, strategiskt placerad utanför det egna labbet.
– Det var en del tekniskt strul med utrustning under det första halvåret, men sedan har det flutit på, säger Andriy Malovanyy, forskare på IVL, som leder projektet.
IVL initierar tester och står för utvärdering av de flesta data. I piloten behandlas bara 2 promille av Fillans totala mängd avloppsvatten, men betydelsen är stor.
– Piloten är precis lagom stor för att förstå hur en anläggning ska dimensioneras för att fungera i stor skala. I labbskalereaktorer får man inte alls samma uppfattning. Mest intressant att titta på är hur processen påverkas under snösmältning och när vattnet är som kallast, men vi har fått många lärdomar även från perioder när vattnet på Fillan är »varmt«, hela 13°C, säger Andriy Malovanyy.
I början av projektet ville man utforska möjligheten att värma upp inkommande avloppsvatten med spillvärme eller med lågtemperaturvärme från fjärrvärmenätet för att kunna minska volymen på bassängerna och bygga billigare. I vissa fall kan det vara fördelaktig även för värmebolaget att sänka temperaturen på värmereturen så att mer el kan produceras på värmeverk. Så var dock inte fallet i Sundsvall och idén skrotades.
– Det skulle inte ha blivit kostnadseffektivt för oss. Glädjande är att kvävereningen har visat sig fungera väldigt bra ändå, säger Malin Tuvesson.
I containern sker kväverening i två parallella linjer, den ena med samma temperatur på avloppsvattnet som allt övrig inkommande vatten i Fillan. I den andra linjen värms vattnet upp med 4°C till »Stockholmstemperatur« för att kunna studera effekten av uppvärmning i samma avloppsvatten. Jämförelsen mellan olika temperaturer har varit väldigt värdefull för projektet.
Varje linje är utformad som en process med sex zoner för att möjliggöra både fördenitrifikation med intern kolkälla och polerande kväverening med efterdenitrifikation och extern kolkälla. Fördenitrifikationen är projektets största utmaning, i synnerhet under snösmältningsperioden när flödena är höga.
– Ju mer utspätt det inkommande avloppsvattnet är, desto lägre är kolhalten. Tillskottsvatten har hög syrehalt som blir ännu högre ju kallare vattnet är. Det bidrar till att det befintliga kolet snabbt äts upp, ibland redan i ledningsnätet. Mer syre i vattnet betyder också att det är svårare att få ner syret ner till mindre än 1 mg/l i de första zonerna, vilket krävs för att fördenitrifikationen ska fungera. Just nu har vi syrehalter på 9,5 mg/l i vårt inkommande avloppsvatten, vilket är ganska nära syremättnad, säger Andriy Malovanyy.
– Att vi inte kan avskilja så mycket kväve i fördenitrifikationen betyder att efterdenitrifikationen belastas hårdare än planerat. Vi kan ändå trycka ner utgående kvävehalter till under 6 mg/l om det skulle behövas, men det ger en extremt hög förbrukning av kolkälla, säger Malin Tuvesson.
Processen följs upp med analyser av kvävefraktioner och COD i inkommande och utgående vatten samt i de olika zonerna. Då och då görs också noggranna och omfattande batchtester i tre olika temperaturer (4, 8 och 12 grader) för att se hur hastigheterna av nitrifikation och denitrifikation påverkas av temperaturen och skiljer sig i tid. Förutom provtagning kräver pilotanläggningen kontinuerlig tillsyn, skötsel och kalibrering. Ansvaret för allt detta vilar på MSVA:s personal.
– Det är mycket jobb, men vi har tålmodiga drifttekniker… Just nu har vi fantastiskt bra hjälp av Manuela som studerar vid Chalmers i Göteborg och gör sitt examensarbete inom projektet. Hon sköter mycket av provtagning, analys och kompletterande aktivitetstester. Det blir mycket mer gjort när hon är här, säger Malin Tuvesson.
På väggen i containern sitter en display vars siffror hela anläggningen styrs utifrån. Den visar värdena för ammonium och nitrat i slutet av nitrifikationszonen, före »poleringen« i efterdenitrifikationen med extern kolkälla. En hög ammoniumhalt signalerar att mer syre behöver tillsättas. Ett högt nitratvärde betyder att mer kol måste tillsättas i det sista steget.
– Just idag ligger ammonium under 1 mg/l, vilket visar på fullständig nitrifikation trots att vattnet bara är 5°C. Nitrathalten på 6 mg/l är en rätt så bra halt på utgående nitrat, även för ett reningsverk i södra Sverige – om det inte vore för att inkommande kvävehalt bara är 10 mg /l just nu. Utan efterdenitrifikation skulle inte avskiljningsgraden bli så hög. Om vi doserar tillräckligt med kolkälla får vi utgående nitrat på 2 – 3 mg/l. Lägre än så är svårt att nå. Så i utspätt vatten blir reduktionen inte mycket mer än 50 procent, säger Malin Tuvesson.
I containern, uppe vid taket, löper blå slangar som tillhör systemet för mätning av lustgas. Vid all kväverening avges cirka 1,6 procent, av inkommande kväve som lustgas, ju mindre desto bättre.
– Att mäta lustgas är kostsamt och kräver ofta mycket manuell hantering. Här testar vi nu två olika mätinstrument för online-mätning av lustgas. En sådan lösning skulle betyda mycket för att kunna kartlägga lustgasen och optimera processen, säger Malin Tuvesson.
Före sommaren slutförs den praktiska delen av projektet. En sammanställning av data om kväverening med MBBR-process från tidigare pilotstudier och drift av fullskaliga reningsverk är redan publicerad i en separat delrapport. Utvärdering och avrapportering av pilotkörningen kommer att ske under hösten. Målet är att få fram generella slutsatser som kan användas av alla kommuner som behöver tillämpa kväverening i kallt klimat framöver. Örnsköldsvik, Luleå och Umeå är naturligtvis redan med på tåget.
– Vi har lärt oss så mycket i projektet! Troligtvis kommer vi att bygga ett nytt reningsverk som ersätter de gamla här i Sundsvall. Med hjälp av våra resultat kommer vi kunna dimensionera rätt och bygga en kostnadseffektiv anläggning som fungerar, säger Malin Tuvesson.
