Aktivslammetoden har dominerat avloppsreningen i stora avloppsverk de senaste 50 åren och viktiga utvecklingssteg beskrivs av Jiri Wanner från Prag tillsamman med involverade fackområden och kunskapsförmedling.
Av: Jörgen Hanaeus
Kring 1970 sköttes aktivslammetodens utveckling mest av VA-ingenjörer och huvudfokus var BOD-reduktion. Stegvis har kunskapen om aktiva mikroorganismer ökat och varit viktig för att bearbeta problem som slamsvällning och skumbildning. Kemiteknik och ekologisk kunskap med tillhörande aktörer inlemmades i utvecklingsarbetet. Slamseparationen genomgick även förbättringssteg och för närvarande är membrantekniken i växande. Den matematiska modelleringen av processen har också gjort stegvisa framsteg. All kunskapsöverföring går allt snabbare och IWA:s kommitté för stora avloppsverk har hela tiden varit en central aktör.
Artikeln
Kring 1970 hade aktivslammetoden klart övertagit rollen som ledande biologiskt behandlingssteg för större avloppsverk efter biologiska filter, biobäddar. En typisk aktivslamanläggning var då helt dimensionerad för BOD-avskiljning; någon med kombination av BOD-avskiljning och nitrifikation. Även om de tidiga villkoren för aktivslammetoden med nitrifikation var formulerade av kemister (Ardern & Lockett, 1914) så var det i huvudsak va-ingenjörer som arbetade vidare med processerna. Den reaktorförståelse som behövdes för utvecklingen formulerades av Levenspiel 1962.
I slutet av 60-talet flyttades delar av utvecklingen från va-ingenjörer (Sanitary Engineering) till kemiingenjörer (Chemical Engineering) och en ny kategori uppkom under hand (Environmental Engineering). Under 70-talet växte förståelsen för selektion vilket bidrog till kontroll av trådformiga (fikamentous) mikroorganismer och även till en ökad diversifiering av det aktiva slammet. Ett viktigt namn här var Barnard i Sydafrika, som utvecklade Bardenphoprocessen, fyrstegs, vilken senare kompletterades med ett anaerobt steg för biologisk fosforreduktion (EBPR). Den biologiska fosforreduktionen var känd då, men bedrevs i en sidoström (ex Phostrip).
Fantasin tilltog här när det gällde att infoga fosfor- och kvävereduktion i aktivslamprocessen. En översikt finns t ex hos Cooper & Downing 1998. Stabiliteten i dessa processer var emellertid knepig och två viktiga IWA-konferenser, 1987, tog itu med detta problem: 5:e LLWTP (Large Wastewater Treatment Plant) konferensen i Budapest och Biologisk avskiljning av fosfat från avloppsvatten i Rom. Erfarenheterna ledde till bildandet av en ny specialistgrupp i IWA ”Activated Sludge Population Dynamics”, senare omdöpt till ”Microbial Ecology and Water Engineering”.
Den pågående expansionen av aktivslamanläggningar med näringsseparation förstärkte två problemområden:
Slamsvällning orsakad av trådformiga mikroorganismer – ett problem som inte varit så framträdande under BOD-epoken – och skumbildning hos det aktiva slammet.
Dessa problem var svåra att attackera utan identifikation av de trådformiga mikroorganismerna. Stor insats gjordes här av Eikelboom, 1975, som presenterade en systematik för mikroskopisk undersökning av aktivslamprover. Under hand kunde motåtgärder definieras: regenereringszoner, kontroll av trådformiga bakterier i anaeroba och/eller anoxiska zoner, selektiv skumseparation mm.
I takt med ökad detaljkunskap motiverades matematisk modellering och den första: Activated Sludge Model No 1(ASM1), med Mogens Henze som drivande, presenterades 1987 och byggde i mycket på Monod-kinetik för ingående reaktanter. Modellarbetet gick vidare och i ASM3 kunde fenomen som lagring och regenerering inkluderas. Idag har modellerna förfinats så att det är möjligt att styra aktivslamprocessen i realtid.
Så efterfrågades mer kunskap om deltagande mikroorganismer. De processmässigt viktigaste m.o. var inte säkert funna; bara de mest odlingsbara. I slutet av 80-talet och början av 90-talet förbättrades möjligheterna. Fluorescence in situ hybridization (FISH) använder DNA och fluorokromer för att märka övertalig rRNA-molekyler i aktiva celler, vilket medgav direkt visualisering av hela mikrobceller. Senare kunde FISH-tekniken kombineras med mikroautoradiografi (MAR) vilket tillförde kunskap om fysiologin hos många märkta mikroorganismer. Särskilt kunde stabiliteten hos den biologiska fosforreduktionen förbättras med denna kunskap.
Slamseparation
Slamseparationen var länge en kritisk del av aktivslammetoden med gravitationen som huvudprincip. Enkla rektangulära eller cirkulära bassänger användes och vägghöjden kunde vara kring 2,5 m. Det avsatta slammet transporterades till en slamficka med rörliga skrapor.
Keinath introducerade 1977 begreppet slamflux vilket förbättrade beräkningsmöjligheterna för slamavskiljningsförloppet. Sedimenteringsbassängerna gjordes successivt djupare, 4-4,5 m, vilket räddade många små partiklar vid stora flödesförändringar. Kring år 2000 hade gravitationsbassängerna närmat sig det optimala och ett paradigmskifte tog vid i och med membranseparationens intåg.
De första membranseparatorerna på avloppsområdet installerades i Japan och Kanada på 1990-talet. De placerades direkt i luftningsbassängerna eller i separata tankar från vilka slam återfördes till luftningen. Porstorlek: mikrofiltrering blev vanligast. Membranmaterial av polymer eller keramik och form av plattor eller hålfiber. Kombinationen aktivslam och membranseparator gavs namnet membranbioreaktor (MBR).
Trycket på att återanvända avloppsvatten ökar. EU har kommit med en förordning (2020): ”Regulation of the European Parliament and of the Council on minimum requirements for water reuse”.
Kommunikation
För 50 år sen fanns inget internet, inga digitaliserade informationsdatabaser, utan man var hänvisad till brev och dyra, inte helt pålitliga telefoner. Viktigaste informationskällor var böcker (med en produktionstid på nivå: år), tiden för inlämnad artikel till publicering i vetenskaplig journal var ofta drygt ett år. Det gav en hunger efter kunskap som medförde att konferenser och seminarier, med kommunikation mellan deltagarna, var det snabbaste överföringsalternativet och de blev mycket eftersökta. Deltagarna kom från det akademiska samhället å ena sidan och ansvariga för avloppsverk, ingenjörsfirmor och leverantörer å andra sidan.
Kurser och konferenser hölls vanligen i Europa, från
- Tyskland (stora företag)
- Sverige (Göteborg, Stockholm)’
- Storbritannien (London), Frankrike (Paris), Danmark, Österrike, Tjeckien, Ungern m fl
- och även från andra sidan Atlanten, främst:
- Sydafrika (Kapstaden, Pretoria, Johannesburg),
- USA (Philadelphia, Chicago, Washington (Blue Plains a-verk), Los Angeles, San Fransisco)
- Israel, Japan m fl
Underhand har flertalet av jordens länder kommit att medverka.
Slutsatser
Under den senaste 50-årsperioden har aktivslammetoden befäst sin ställning som den dominerande metoden för biologisk avloppsrening i stora verk. Metoden har utvecklats från rent empirisk kunskap till inkorporering av modern vetenskap från reaktionskinetik, reaktorteori, mikrobiologi, mikrobiell ekologi och matematisk modellering. Mycket av erforderligt kunskapsutbyte har gått genom IWA:s specialistgrupp för stora avloppsverk.
Källa: Wanner, Jiri. The development in biological wastewater treatment over the last 50 years. (2021). Water Science & Technology 84.2, pp 274-283.
Författaren från:
Department of Water Technology and Environmental Engineering, University of Chemistry and Technology, Prague Technicka 5, CZ-166 28, Praha 6, Prague, Czech Republic.
Kontakt: jiri.wanner [a] vscht.cz
