Biologisk rening

Orenat avloppsvatten innehåller stora mängder syrekonsumerande organiskt mate- rial och kväve, som måste avlägsnas innan det renade avloppsvattnet släpps ut i recipienten.

I avloppsreningsverkets biosteg används mikroorganismer, främst olika bakte- rier, för biologisk rening av det förbehandlade vattnet. Av det organiska material som kommer in i avloppsreningsverket oxideras 30–40 procent till koldioxid och vatten, 40–45 procent bildar ny biomassa genom slamtillväxt och 10–25 procent är inert material som passerar opåverkat genom avloppsreningsverket och hamnar i slamfasen. I rötkammaren bryts det bildade överskottsslammet ned ytterligare.

Biologisk kvävereduktion med fördenitrifikation har införts på många avlopps- reningsverk i Sverige. Kvävet omvandlas i den biologiska kvävereduktionen till kvävgas som återförs till atmosfären. Processen bygger på seriekopplade aktiv- slambassänger med olika syrehalter i vattnet. I de luftade bassängerna oxiderar bakterier ammoniumkväve till nitrit- och nitratkväve. I de anoxiska (syrefattiga) reducerar andra bakterier nitrit- och nitratkvävet till fri kvävgas. Processerna be- nämns nitrifikation respektive denitrifikation.

I biosteget sker ett antal reaktioner: fysikalisk/kemisk adsorption och absorp- tion, kemisk fällning och inte minst biokemiska reaktioner och mikrobiella proces- ser som tillväxt och nedbrytning. Dessa processer sker samtidigt och det är ibland svårt att avgöra vilken process som gör vad i det komplexa systemet.

De biokemiska och mikrobiella processerna är känsliga för störningar, häm- ningar och förgiftningar. Höga flöden i biosteget kan till och med spola ut den aktiva biomassan i så kallad slamflykt. Biosteget måste därför skyddas mot onor- mal påverkan som hög slam- och hydraulisk belastning, hämmande och toxiska ämnen.

Den biologiska reningen kan utföras på många sätt. Här beskrivs den kontinu- erliga aktivslamprocessen, satsvis biologisk rening (SBR), membranteknik (MBR)

samt biofilmsprocesser. Vanligast är den kontinuerliga aktivslamprocessen. Satsvis behandling i SBR har använts under många år men i liten omfattning och då för specialprocesser. Membranreaktorer är på stark frammarsch, framförallt för att de tar mindre plats i anspråk. Biofilmsprocesser används mer och mer, speciellt på mindre avloppsreningsverk. De kan också förekomma i avloppsreningsverk med specialrening, såsom behandling av rejektvatten från avvattning av rötslam. 7.2.3.1 AKTIVSLAMPROCESSEN

I aktivslamprocessen får avloppsvattnet sitt syrebehov tillgodosett genom kontinu- erlig inblåsning av luft. Aktivslamprocessen bygger på att flockar som till huvud- delen består av bakterier hålls svävande med luft. Bakterierna bryter ned det orga- niska materialet med hjälp av syre från den inblåsta luften varvid koldioxid och vatten bildas samtidigt som ny biomassa byggs upp. Efter passage av aktivslambas- sängen avskiljs slammet i den efterföljande sedimenteringsbassängen.

En stor del av slammet pumpas tillbaka till luftningsbassängens början för att upprätthålla en tillräcklig slamhalt i luftningsbassängen. Överskottsslam som består av nyuppbyggd cellmassa, utfällda metallsalter och nedbrytningsrester tas ut ur systemet.

Reningsgraden är i allmänhet mycket hög och jämn, mellan 90 och 95 procent reduktion av organiskt material mätt som BOD7 (biokemisk syreförbrukning under sju dygn).

Figur 4. Aktivslamprocessen i grundutförande.

7.2.3.2 SATSVIS BIOLOGISK RENING – SBR TEKNIK

SBR-tekniken innebär satsvis biologisk behandling av avloppsvatten i en reaktor. Separat sedimenteringsbassäng och returslampumpning behövs inte därför att samt- liga delprocesser såsom påfyllning, behandling (nitrifikation, denitrifikation), se- dimentering och dekantering sker i samma bassäng. Däremot krävs en reaktor, ofta två, med luftning, omrörning och dekanteringsutrustning. Inflödet växlas mellan reaktorerna efter ett för varje anläggning unikt schema.

SBR-tekniken är speciellt lämplig för koncentrerade och små vattenströmmar där reningseffekten kan vara hög och volymen för utjämning och behandling kan hållas liten. Tekniken karakteriseras av att processtyrningen är enkel. SBR-teknik har provats och provas i Sverige såväl i pilotskala som i stor skala. I kommunala avloppsreningsverk är SBR-teknik vanligast för behandling av rejektvatten från rötkammaren. Förbehandlat Utgående avloppsvatten avloppsvatten Luft Returslam Överskottsslam Aktivslambassäng Sedi t

7.2.3.3 MEMBRANBIOREAKTORER – MBR-TEKNIK

Separationen av det aktiva slammet sker normalt i en sedimenteringsbassäng. Un- der de senaste tio åren har membranteknik börjat användas mer och mer för separa- tion av aktivt slam. Fördelen är att separationen blir bättre och att högre slamhalter kan hållas i biosteget. Reningssteget blir då mer kompakt än vid traditionell rening.

I membranbioreaktorn (MBR) separeras det aktiva slammet över ett membran där ett litet flöde av partikelfritt vatten tas ut genom membranytan. Ett mycket större flöde passerar längs ytan, utan partikelavskiljning men för renhållning av membranet. Det stora flödet skapas genom en större luftinblåsning än den normala i ett aktivslamsteg. Den stora luftmängden kräver dessvärre också mer elektrisk energi. Det finns två huvudtyper av membran: platta membran eller runda och ihåliga fibrer.

Membranbioreaktorn finns idag i fullstora verk i bland annat Tyskland och USA, dock inte i Sverige. Det största verket med MBR i drift behandlar avlopps- vatten från mer än 100 000 personer.

Figur 5. Principskiss av en membranbioreaktor med dränkta membran. 7.2.3.4 BIOFILMSPROCESSER

Till skillnad mot de tre ovan beskrivna systemen är biofilmsprocesser ett system där huvuddelen av bakterierna sitter fast på en yta, ett bärarmaterial. I biofilmen är mikroorganismerna bättre skyddade mot variationer i avloppsvattnet. Idag används allt mer bärare av plastmaterial som hålls svävande genom luftning eller omrör- ning. En viktig processparameter att bevaka är masstransporten av organiska äm- nen, näringsämnen och gaser till och från biofilmen.

Inflöde förbehandlat avlopp Utflöde behandlat avlopp Membran Luft

Figur 6. Principskiss av en biofilmsreaktor med rörligt bärarmaterial. Bärarna på bilden är opropor- tionerligt stora och få.

7.2.4 Sandfilter

Sandfilter finns på avloppsreningsverk med stränga fosforkrav. Filtren ger extra stor avskiljning av partiklar och ökad säkerhet i driften av verket. Normalt ligger halten av den utgående suspenderade substansen runt 1 mg/liter.

Den vanliga typen av nedströmsfilter avskiljer partiklar som anrikas i filterbäd- den. Sandbädden är vanligen 1,5 meter djup och består av några olika sand- och skiffermaterial. Normalt måste filtret spolas rent efter ett dygns drift. Vatten och ibland luft trycks då i motsatt riktning mot den normala strömningsriktningen. Spolavloppsvattnet leds till verkets inlopp.

7.2.5 Slambehandling

Målet med slambehandlingen är att ta hand om primärslam och biologiskt överskottsslam som avskiljs i avloppsvattenbehandlingen. Slambehandlingen bör- jar i allmänhet med att primär- och överskottsslam förtjockas genom sedimentering eller med centrifuger så att torrhalten ökar i slammet. Efter förtjockningen pumpas slammen till slamstabilisering. Det stabiliserade slammet avvattnas före borttrans- port.

En vanlig stabiliseringsmetod är rötning i rötkammare. Vid rötning bryts delar av det organiska materialet i slammet ner i anaerob (syrefri) miljö till metangas och koldioxid. Slammängden minskar till ungefär hälften. Temperaturen hålls vid me- sofil rötning runt 35°C. En ovanligare variant är att röta slammet termofilt, vid 50– 55 °C. Rötkammaren har en uppehållstid för slammet på minst 15 dygn.

Rötningen innehåller tre processer: hydrolys av organiskt material, syrabild- ning och metanbildning. Metanbildningen är den ömtåligaste och kräver hög tem- peratur. Den bildade biogasen är mycket energirik. Den består av 65–70 procent metan och resten i huvudsak koldioxid. Gasen kan användas direkt för uppvärm- ning och för produktion av elektrisk energi och värme, och efter rening som for- donsbränsle.

Efter rötning avvattnas det rötade slammet i centrifuger eller silbandspressar. Polymer tillsätts för att öka torrhalten i slammet vilket ger lägre transportkostnader. Slammet får inte längre deponeras, utan används idag efter uppblandning med

Inflöde förbehandlat avlopp Utflöde behandlat avlopp Bärare Luftbubbla Luft

andra material mest för olika markarbeten och deponitäckning. Cirka 10 procent sprids på jordbruksmark. Rejektvattnet från slamavvattningen leds tillbaka in i avloppsreningsverket vid inloppet.