Kartl¨ aggning av metallfl¨ oden i avloppsvatten i V¨ aster˚ as Terese Renstr¨ om

W 18 045

Examensarbete 30 hp November 2018

Kartläggning av metallflöden i avloppsvatten i Västerås

Terese Renström

REFERAT

Kartl¨ aggning av metallfl¨ oden i avloppsvatten i V¨ aster˚ as Terese Renstr¨ om

Fosfor ¨ ar ett viktigt n¨ arings¨ amne f¨ or organismer och ¨ ar ¨ aven en ¨ andlig resurs. Av- loppsslam fr˚ an reningsverk inneh˚ aller stora m¨ angder fosfor vilket g¨ or att det kan anv¨ andas som g¨ odselmedel p˚ a ˚ akermark. F¨ orutom n¨ arings¨ amnen kan slammet ¨ aven inneh˚ alla o¨ onskade ¨ amnen, s˚ asom tungmetaller. I denna studie har k¨ allor till me- taller i avloppsvattnet i V¨ aster˚ as studerats med syftet att bidra med ett kunskaps- underlag f¨ or att m¨ ojligg¨ ora punktinsatser och minska belastningen av metaller till reningsverket i V¨ aster˚ as. D˚ a reningsverket har ans¨ okt om certifiering av slammet som produceras och kraven vad g¨ aller certifiering sk¨ arps ¨ over tid var m˚ alet ¨ aven att komplettera en befintlig modell ¨ over reningsverket med metallavskiljning. Detta med syftet att kunna unders¨ oka hur f¨ or¨ andringar i sammans¨ attningen i inkomman- de vatten p˚ averkar metallhalten i slammet och det utg˚ aende renade vattnet fr˚ an reningsverket.

Analysen av k¨ allor till metallerna kadmium, zink, krom, koppar och kvicksilver gjor- des genom att samla in data fr˚ an verksamheter och utf¨ ora ber¨ akningar av emis- sionsm¨ angder med hj¨ alp av schablonv¨ arden. K¨ allanalysen genomf¨ ordes fr¨ amst i Ex- celverktyget ”Source Finder”, d¨ ar det procentuella bidraget fr˚ an olika k¨ allor kunde ber¨ aknas. Det gjordes ¨ aven en korrelationsanalys f¨ or att unders¨ oka om metaller- na kunde h¨ arstamma fr˚ an samma k¨ allor. Analysen visade att hush˚ allen var den st¨ orsta k¨ allan till metallerna kadmium, zink, koppar och kvicksilver i avloppsvatt- net i V¨ aster˚ as. ¨ Aven inl¨ ackage av metallhaltigt markvatten och slam fr˚ an andra reningsverk visade sig vara en viktig k¨ alla till metallerna. En stor del av den me- tallm¨ angd som ber¨ aknades komma in till reningsverket med avloppsvattnet kunde f¨ orklaras av k¨ allorna med undantag av krom, varvid k¨ allor till denna metall skulle beh¨ ova studeras n¨ armare. Korrelationsanalysen visade bland annat p˚ a en signifikant korrelation mellan metallerna zink, koppar och kadmium. Detta kan tyda p˚ a att des- sa metaller h¨ arstammar fr˚ an samma k¨ allor.

Modellen f¨ or metallavskiljningen togs fram genom att utg˚ a fr˚ an en befintlig mo-

dell ¨ over Kungs¨ angens reningsverk. Genom att studera befintliga modeller ¨ over me-

tallavskiljning kompletterades denna modell. En avgr¨ ansning som gjordes var att

endast metallen koppar inkluderades i modellen. Modellen visade sig inte helt kun-

na f¨ orklara variationer i de uppm¨ atta halterna av koppar i slam och utg˚ aende vatten

fr˚ an reningsverket. Dock f¨ oljde modellen uppm¨ atta v¨ arden i medeltal och med en s¨ akrare kalibrering samt mer data bed¨ omdes modellen ha potential att utvecklas och bli anv¨ andbar i framtiden.

Nyckelord: metaller, k¨ allanalys, avloppsvattenrening, BSM2G, SoFi, metallavskilj- ning, koppar

Institutionen f¨ or energi och teknik , Sveriges lantbruksuniversitet.

Box 7032, 750 07 Uppsala.

ISSN 1401-5765.

ABSTRACT

Sludge, produced in the waste water treatment process, can be used as fertilizer in agriculture. It is rich in nutrients but also contains other substances, such as heavy metals. Metals may enter crops which means that it also enters the food chain. Some heavy metals have been proven to cause severe damage to living organisms in high doses. It is therefore important to regulate the amount of heavy metals in the soil and in the sludge used as fertilizer. In this thesis the sources of heavy metals in the waste water system in the town of V¨ aster˚ as was examined. The sources of the heavy metals cadmium, chromium, mercury, copper and zinc were mainly analyzed by using the Excel tool “Source Finder”. In this tool collected data of emissions or calculated emissions by the use of model values were entered. Households proved to be the single largest source of all the metals in this study, with the exeption of chromium. For cadmium and chromium water leakage from the ground water into the pipe system was a large contributing source. Business did not prove to be a large source of any metal with the exception of dental units which emitted large amounts of mercury. To be able to predict change of quality, in regards of metals, in the sludge and purified water an existing model of the water treatment plant was supplemented with processes regarding separation of copper. This was done by studying other models regarding metal partitioning and separation. The final model proved unable to describe variances in the measured data, but could describe the median concentration of copper in cleansed water and sludge.

Keywords: metals, source analyses, Source Finder, BSM2G, waste water treat- ment

Department of energy and technology, Swedish University of Agricultural Sciences.

Box 7032, SE-750 07 Uppsala.

ISSN 1401-5765.

F ¨ ORORD

Detta examensarbete ¨ ar utf¨ ort inom civilingenj¨ orsprogrammet i Milj¨ o- och vatten- teknik p˚ a Uppsala Universitet i samarbete med Sveriges Lantbruksuniversitet. Exa- mensarbetet motsvarar 30 hp, och utf¨ ordes v˚ aren 2018. Arbetet gavs av M¨ alarenergi i V¨ aster˚ as och M¨ alardalens h¨ ogskola. Min handledare har varit Ida Sylwan, doktorand p˚ a M¨ alardalens h¨ ogskola p˚ a enheten f¨ or energi och milj¨ oteknik. ¨ Amnesgranskare f¨ or projektet har varit Sahar Dalahmeh, forskare p˚ a Sveriges Lantbruksuniversitet vid institutionen f¨ or energi och teknik.

F¨ or detta arbete har jag m˚ anga att tacka! F¨ orst vill jag tacka min handledare Ida f¨ or att hon st˚ att ut med mina dumma fr˚ agor, mina ibland helf¨ orvirrade tankeg˚ angar och f¨ or all hj¨ alp och st¨ od genom arbetet, du har varit min klippa! Jag vill ¨ aven tacka Johanna Dahlberg, Sandra Burman, Andreas Nilsson, Martin Lagerkvist och alla andra p˚ a M¨ alarenergi och M¨ alardalens h¨ ogskola som hj¨ alpt mig med data och st¨ ottat mig under arbetet. Tack ¨ aven till min ¨ amnesgranskare Sahar som hj¨ alpt mig n¨ ar jag varit vilse i statistikdjungeln och gett goda r˚ ad och st¨ od. Jag vill ¨ aven tacka min kursare Malin f¨ or att jag har f˚ att ringa och diskutera arbetet och f¨ or alla dina v¨ ardefulla tankar och synpunkter. Men mest av allt vill jag tacka min underbara sambo, som st¨ ottat mig genom hela processen, f¨ ors¨ okt f¨ orst˚ a och lyssna n¨ ar jag exalterat babblat p˚ a om avloppsslam och torkat mina t˚ arar n¨ ar allt k¨ ants jobbigt, tack!

Terese Renstr¨ om V¨ aster˚ as, Maj 2018

Copyright c Terese Renstr¨om och Institutionen f¨or energi och teknik, Sveriges

lantbruksuniversitet. UPTEC W 18 045, ISSN 1401-5765. Publicerad digitalt vid

Institutionen f¨ or geovetenskaper, Uppsala universitet, Uppsala,2018.

POPUL ¨ ARVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING

Avloppsslam ¨ ar en restprodukt fr˚ an reningsverk som inneh˚ aller stora m¨ angder n¨ arings-

¨ amnen. Dessa n¨ arings¨ amnen kan antingen f¨ orbr¨ annas, anv¨ andas f¨ or att t¨ acka gam- malt avfall eller anv¨ andas inom jordbruket. Problemet med att anv¨ anda slam inom jordbruket ¨ ar att det inte bara inneh˚ aller n¨ arings¨ amnen utan ocks˚ a o¨ onskade ¨ amnen som tungmetaller. Tungmetaller kan tas upp av gr¨ odor vilket g¨ or att de hamnar i v˚ ar mat. I h¨ oga m¨ angder kan tungmetallerna p˚ averka olika processer i kroppen och g¨ ora oss sjuka. D¨ arf¨ or ¨ ar det viktigt att begr¨ ansa den m¨ angd metaller som finns i slammet. Det kan g¨ oras genom att k¨ allorna till metaller begr¨ ansas s˚ a att inte lika stor m¨ angd metaller kommer in med avloppsvattnet till reningsverket.

Denna studien visade p˚ a att hush˚ allen var den st¨ orsta k¨ allan till tungmetallerna kvicksilver, kadmium, koppar och zink i V¨ aster˚ as avloppsvatten. F¨ or metallen kad- mium stod hush˚ allen enligt studien f¨ or ¨ over 65 % av den m¨ angd som kommer in till reningsverket. Tyv¨ arr ¨ ar en stor del av den m¨ angd kadmium vi sl¨ apper ut sv˚ ar att begr¨ ansa. Det uppskattades n¨ amligen att ungef¨ ar 40 % kommer fr˚ an v˚ ara kroppars avfallsprodukter. Metallen har d˚ a tagits in genom maten vi ¨ ater eller cigarettr¨ ok som andats in.

Verksamheter har enligt denna studie inte visat sig bidra i stor stor grad till me- tallm¨ angden i avloppsvattnet i V¨ aster˚ as. Undantaget fr˚ an detta var kvicksilverut- sl¨ app fr˚ an tandv˚ ardskliniker, som ber¨ aknades bidra med n¨ astan 30 %.

Koppar tas i reningsprocessen bort fr˚ an avloppsvattnet genom att det binder till slam, som sedan separeras fr˚ an vattnet. Den andra delen i denna studie gick ut p˚ a att komplettera en modell ¨ over reningsverket med avskiljning av koppar. Detta gjor- des genom att anv¨ anda tidigare framtagna modeller f¨ or metallavskiljning i de olika stegen. Det visade sig dock sv˚ art att anpassa modellen till uppm¨ att data p˚ a koppar- halten i renat vatten och slam. F¨ or att g¨ ora en b¨ attre anpassning skulle mer data

¨ over kopparhalten i olika steg av reningsprocessen beh¨ ova samlas in. ¨ Aven variatio- ner av kopparhalt i inkommande vatten till reningsverket skulle beh¨ ovas studeras n¨ armare.

Med modellen studerades hur utg˚ aende halter av koppar p˚ averkades av inkommande

halter till reningsverket. Det visade p˚ a att halterna koppar i utg˚ aende vatten och

slam knappt p˚ averkades av f¨ or¨ andringar i det inkommande avloppsvattnets surhets-

grad. En ¨ okning eller minskning av inkommande halter p˚ averkade dock i mycket h¨ og

grad utg˚ aende halter. Modellens resultat ¨ ar dock inte helt tillf¨ orlitliga, eftersom den

inte st¨ amde helt ¨ overens med verkligheten. F¨ orhoppningen ¨ ar dock att modellen kan

utvecklas s˚ a att den kan anv¨ andas f¨ or att f¨ orutsp˚ a om reningsverket klarar kraven p˚ a

slamkvaliteten om halterna koppar in till reningsverket ¨ andras. Detta skulle kunna

bidra med kunskap i arbetet med att ˚ aterf¨ ora n¨ arings¨ amnen till ˚ akermark p˚ a ett

h˚ allbart s¨ att.

Inneh˚ all

1 INLEDNING 1

1.1 SYFTE . . . . 1

1.1.1 Fr˚ agest¨ allningar . . . . 2

2 BAKGRUND 2 2.1 METALLERS URSPRUNG OCH H ¨ ALSORISKER . . . . 2

2.1.1 Kadmium . . . . 2

2.1.2 Kvicksilver . . . . 3

2.1.3 Koppar . . . . 3

2.1.4 Krom . . . . 4

2.1.5 Zink . . . . 4

2.2 K ¨ ALLOR TILL METALLER I AVLOPPSVATTEN . . . . 4

2.3 SLAM˚ ATERF ¨ ORING . . . . 7

2.3.1 REVAQ-certifiering . . . . 7

2.4 AVSKILJNING AV METALLER OCH ANDRA MIKRO- F ¨ ORORENINGAR . . . . 8

3 METOD, MATERIAL OCH DATABEARBETNING 9 3.1 KUNGS ¨ ANGENS RENINGSVERK OCH DESS UPPTAGNINGSOMR˚ ADE . . . . 9

3.2 ANALYS AV K ¨ ALLOR MED SoFi . . . 12

3.2.1 Metaller fr˚ an verksamheter . . . 12

3.2.2 Uppskattning av bortfall fr˚ an ej inkluderade verksamheter . . 14

3.2.3 Metaller fr˚ an kombinerat avloppssystem . . . 15

3.2.4 L¨ ack- och dr¨ aneringsvatten . . . 16

3.2.5 Metaller fr˚ an ¨ ovriga k¨ allor . . . 16

3.2.6 Metaller fr˚ an hush˚ all . . . 17

3.2.7 Schablonv¨ arden . . . 18

3.2.8 Resultatkontroll . . . 18

3.2.9 Summering av indata till SoFi . . . 18

3.2.10 K¨ anslighetsanalys . . . 19

3.3 AVLOPPSFRAKTIONER . . . 20

3.4 KORRELATIONSANALYSER . . . 20

3.5 MODELLERING AV KUNGS ¨ ANGENS RENINGSVERK . . . 21

3.5.1 Avgr¨ ansningar . . . 21

3.5.2 Grundmodellen – Benchmark simulation model 2G f¨ or Kungs¨ angens

reningsverk . . . 21

3.5.3 Dataunderlag och datahantering . . . 25

3.5.4 Generering av indata . . . 26

3.5.5 Ut¨ okning av BSM2G med metallavskiljning . . . 28

3.5.6 Massbalans . . . 31

3.5.7 Kalibrering av modellen . . . 31

3.5.8 K¨ anslighetsanalys . . . 34

3.5.9 Unders¨ okning av ing˚ aende och utg˚ aende halter . . . 34

4 RESULTAT 36 4.1 K ¨ ALLOR TILL METALLER I V ¨ ASTER˚ AS AVLOPPSN ¨ AT . . . . 36

4.1.1 Korrelationsanalyser . . . 41

4.1.2 Hush˚ allsavloppsfraktioner . . . 42

4.2 MODELLEN F ¨ OR KOPPARAVSKILJNING . . . 43

4.2.1 Indata till modellen . . . 43

4.2.2 Modellanpassning . . . 45

4.2.3 K¨ anslighetsanalys f¨ or parametrarna K _d och f _corr . . . 48

4.2.4 Variation i indata . . . 52

4.2.5 Sorption/desorption i bioreaktorerna . . . 55

5 DISKUSSION 57 5.1 K ¨ ALLOR TILL METALLER I V ¨ ASTER˚ AS AVLOPPSN ¨ AT . . . . 57

5.1.1 K¨ anslighetsanalys och os¨ akerheter . . . 61

5.2 MODELLEN F ¨ OR KOPPARAVSKILJNING . . . 62

6 SLUTSATSER 66

7 REFERENSER 67

A BILAGA 1 – Data och figurer f¨ or k¨ allanalys 74

B BILAGA 2 – Validering av grundmodellen 76

C BILAGA 3 – Data och figurer f¨ or modellering 77

1 INLEDNING

Fosfor ¨ ar ett n¨ odv¨ andigt ¨ amne f¨ or allt liv p˚ a jorden. Den ing˚ ar bland annat i ATP (AdenosinTriFosfat), som agerar energik¨ alla i cellul¨ ara processer i organismer (Sand m. fl., 2007). N¨ arings¨ amnet klassas som begr¨ ansat och f¨ or att f¨ ora in mer fosfor i det odlingssystem som m¨ anniskan byggt upp bryts fosfatrik malm fr˚ an gruvor.

Vissa forskare menar att ”peak fosfor” snart kommer intr¨ affa, det vill s¨ aga att pro- duktionshastigheten av fosfor n˚ ar sitt maximala v¨ arde (Beardsley, 2011). F¨ or att minska behovet av att f¨ ora in nytt fosfor i kretsloppet b¨ or den fosfor som finns i kretsloppet ˚ ateranv¨ andas i s˚ a h¨ og utstr¨ ackning som m¨ ojligt. Det kan till exempel ske genom att anv¨ anda slam fr˚ an reningsverk p˚ a ˚ akermark. Slammet har en h¨ og halt av fosfor, som bland annat h¨ arstammar fr˚ an m¨ anniskans biologiska restprodukter (Naturv˚ ardsverket, 2013).

En rekommendation fr˚ an Naturv˚ ardsverket ¨ ar att senast ˚ ar 2018 ska minst 40 % av den fosfor och 10 % av det kv¨ ave som finns i avloppssystemet ˚ aterf¨ oras till jord- bruksmark. ˚ Aterf¨ oringen skall ske utan att m¨ anniskor eller milj¨ o riskerar att expo- neras f¨ or skadliga f¨ ororeningar. Ett problem ¨ ar dock att avloppsslam kan inneh˚ alla f¨ ororeningar s˚ asom rester av bek¨ ampningsmedel och tungmetaller, ¨ amnen som i sto- ra doser kan orsaka skada p˚ a b˚ ade m¨ anniskor och milj¨ o (Naturv˚ ardsverket, 2013).

F¨ or att s¨ akerst¨ alla att avloppsslammet har en god kvalitet b˚ ade nu och i framtiden kan reningsverk REVAQ-certifieras. F¨ or att f˚ a en certifiering st¨ alls bland annat krav p˚ a slamkvalitet, sp˚ arbarhet av o¨ onskade ¨ amnen och ett aktivt uppstr¨ omsarbete, d¨ ar kraven sk¨ aps kontinuerligt (REVAQ, 2018). Kungs¨ angens reningsverk i V¨ aster˚ as ar- betar f¨ or att bli REVAQ-certifierad till 2018 men det bed¨ oms sv˚ art att i framtiden klara kraven som st¨ alls p˚ a slamkvalitet vad g¨ aller tungmetaller.

1.1 SYFTE

Syftet med det h¨ ar projektet ¨ ar att kartl¨ agga k¨ allor och fl¨ oden av tungmetaller i V¨ aster˚ as stads avloppssystem samt i Kungs¨ angens reningsverk. Detta ska underl¨ atta p˚ ag˚ aende arbete med att m¨ ojligg¨ ora punktinsatser f¨ or specifika verksamheter och processer med syftet att minska halten tungmetaller i det inkommande vattnet till Kungs¨ angens reningsverk samt halten i det utg˚ aende vattnet och avloppsslammet.

D˚ a REVAQ-certifieringens krav p˚ a slamkvalitet sk¨ arps kontinuerligt var syftet ¨ aven

att ta fram en metod f¨ or att teoretiskt unders¨ oka f¨ or¨ andringar p˚ a slamkvaliteten,

vad g¨ aller metaller, vid en f¨ or¨ andrad sammans¨ attning p˚ a inkommande avloppsvatten

till reningsverket.

1.1.1 Fr˚ agest¨ allningar

• Med hur stor belastning av tungmetaller bidrar olika k¨allor till m¨angden av tungmetaller i avloppsvattnet som kommer in till Kungs¨ angens reningsverk i V¨ aster˚ as?

• Kan befintlig modell f¨or Kungs¨angens reningsverk (Benchmark simulation model 2G, BSM2G) kompletteras f¨ or att f¨ orutsp˚ a hur inkommande halt av tungmetaller p˚ averkar slammets och det utg˚ aende vattnets metallhalt?

2 BAKGRUND

2.1 METALLERS URSPRUNG OCH H ¨ ALSORISKER

Metaller ¨ ar grund¨ amnen och ¨ ar s˚ aledes persistenta (Statens offentliga utredningar, 2000). De f¨ orekommer i olika form och formen av metallen ¨ ar en av de faktorer som styr dess toxicitet (Landner, 2004). En del metaller ¨ ar essentiella f¨ or m¨ anniskan, vilket inneb¨ ar att de beh¨ ovs f¨ or att olika processer i kroppen ska fungera. Dock kan de i f¨ or h¨ oga doser vara giftiga (Statens offentliga utredningar, 2000).

Tungmetaller ¨ ar en grupp av metaller som ofta f¨ orknippas med giftighet. Ben¨ amningen tungmetaller har dock inget med giftighet att g¨ ora utan syftar p˚ a metallernas den- sitet som ¨ ar runt 5 g/cm ³ (Sterner, 2010). Metaller anv¨ ands idag bland annat i teknisk utrustning och genom att bryta metaller fr˚ an berggrunden, f¨ or att till ex- empel producera varor, sprids metallerna i b˚ ade milj¨ o och samh¨ alle. Spridningen sker d˚ a metaller korroderar, vid varuproduktion, d˚ a metaller tas omhand som avfall och vid sj¨ alva brytningen (Statens offentliga utredningar, 2000). Anv¨ andningen av metaller ¨ ar h¨ og i Sverige j¨ amf¨ ort med medelanv¨ andningen inom EU och visar p˚ a en

¨ okande trend. Mellan ˚ ar 2000 och 2015 ¨ okade anv¨ andningen fr˚ an ungef¨ ar tre ton per person och ˚ ar till fem ton (Statistiska centralbyr˚ an, 2016).

2.1.1 Kadmium

Kadmium ¨ ar en tungmetall som finns naturligt i berggrunden och ˚ aterfinns i bland

annat batterier, legeringar samt som restprodukt inom j¨ arn- och st˚ alindustrin och

vid fossil f¨ orbr¨ anning (Sterner, 2010). Metallen sprids b˚ ade naturligt, vid till ex-

empel vittring av berggrunden, och vid m¨ ansklig aktivitet s˚ asom avfallsf¨ orbr¨ anning

och g¨ odsling med till exempel avloppsslam inneh˚ allande kadmium (European Food

Safety Authority, 2009).

F¨ or att g¨ odsla mark anv¨ ands idag ofta stallg¨ odsel eller mineralg¨ odsel, som kan in- neh˚ alla kadmium. Det mineralg¨ odsel som anv¨ ands i Sverige ¨ ar producerat av en r˚ avara med l˚ ag kadmiumhalt; dock har r˚ avaran till det g¨ odsel som ¨ ar vanligast glo- balt betydligt h¨ ogre kadmiuminneh˚ all. F¨ orutom via g¨ odsel kan kadmium ¨ aven spri- das till ˚ akermark via atmosf¨ ariskt nedfall (Naturv˚ ardsverket, 2013). Generellt f˚ ar m¨ anniskan framf¨ or allt i sig kadmium via f¨ odan men ¨ aven cigarettr¨ okning ¨ ar en stor bidragande faktor. Av det kadmium som intagits via f¨ odan tas endast 3–5 % upp av kroppen (European Food Safety Authority, 2009). Dock bioackumuleras kadmium i lever och njurar (Sterner, 2010) vilket inneb¨ ar att kroppen p˚ a sikt kan ta skada vid ett f¨ or h¨ ogt intag av metallen. Europeiska myndigheten f¨ or livsmedelss¨ akerhets kommitt´ e f¨ or f¨ ororeningar i n¨ aringskedjan (CONAM) har satt upp ett v¨ arde f¨ or h¨ ogsta till˚ atna veckointag av kadmium p˚ a 2,5 µg/kg kroppssvikt (European Food Safety Authority, 2009).

2.1.2 Kvicksilver

Kvicksilver ¨ ar en icke-essentiell, biotoxisk tungmetall som ˚ aterfinns i produkter som lysr¨ or, batterier och m¨ atinstrument samt anv¨ ands som katalysator i kemiska proces- ser och var tidigare en komponent i tandplomber (Sterner, 2010). Metallen sprids bland annat via luften, d¨ ar k¨ allan kan vara f¨ orbr¨ anning av stenkol och avfall, kre- matorier och sm˚ askalig guldutvinning. Den kan ¨ aven spridas vid utsl¨ app fr˚ an indu- strier, med lakvatten fr˚ an deponier och vid g¨ odsling av ˚ akermark med avloppsslam.

P˚ a sikt f¨ orv¨ antas kvicksilverspridning fr˚ an tandl¨ akarmottagningar och krematorium upph¨ ora men d˚ a metallen kan ha lagrats i avloppssystemet finns det risk f¨ or fortsatt utl¨ ackage till avloppsvattnet (Naturv˚ ardsverket, 2017c).

Kvicksilver bioackumuleras och de h¨ ogsta halterna ˚ aterfinns s˚ aledes i organismer h¨ ogt upp i n¨ aringskedjan (Sterner, 2010). Enligt den Europeiska myndigheten f¨ or livsmedelss¨ akerhet (EFSA) ¨ ar ett tolerabelt veckointag av kvicksilver f¨ or m¨ anniskor 1,3 µg/kg kroppsvikt (Livsmedelsverket, 2018c).

2.1.3 Koppar

Koppar ¨ ar en essentiell metall som bland annat anv¨ ands i elektrisk utrustning och

som bek¨ ampningsmedel (Sterner, 2010). Det ¨ ar ocks˚ a vanligt att anv¨ anda koppar

som material till r¨ or i k¨ ok och badrum. Detta g¨ or att metallen kan ¨ overf¨ oras till

dricksvattnet (Livsmedelsverket, 2018a). Koppar kan i h¨ oga halter vara skadligt f¨ or

kroppen, d˚ a b˚ ade leverp˚ averkan och p˚ averkan p˚ a tarmfloran har observerats (Ster- ner, 2010). EFSA har p˚ a grund av detta satt upp ett h¨ ogsta tolererat intag av koppar p˚ a 5 mg/dag (Livsmedelsverket, 2018a). Koppar sprids till milj¨ on via bland annat avloppsreningsverk och pappersmassaindustrin (Naturv˚ ardsverket, 2017b). Det har

¨ aven visat sig spridas till luften till f¨ oljd av att kopparbelagda bromsbel¨ agg anv¨ ands p˚ a bilar (Johansson m. fl., 2009).

2.1.4 Krom

Krom ¨ ar en metall som anv¨ ands i legeringar (Sterner, 2010), d¨ ar den ofta tills¨ atts f¨ or att ¨ oka motst˚ andskraften f¨ or korrosion (Naturv˚ ardsverket, 2017e). Metallen ing˚ ar bland annat i rostfritt st˚ al, f¨ argpigment, bek¨ ampningsmedel och tills¨ atts vid l¨ ader- behandling. Metallen klassas som cancerframkallande vid h¨ og exponering (Sterner, 2010) men har visat sig vara essentiell i sm˚ a m¨ angder d˚ a den deltar i kroppens glu- kosoms¨ attning. Tolererat dagligt intag av krom(III) ¨ ar satt till 300 µg/kg kropps- vikt (Livsmedelsverket, 2018b). Krom finns naturligt i milj¨ on och sprids genom vittring av berggrunden, avrinning och deposition. Antropogena utsl¨ app av krom kommer bland annat fr˚ an pappersmassaindustrin, avloppsreningsverk och avfalls- br¨ anningsanl¨ aggningar (Sterner, 2010).

2.1.5 Zink

Zink ¨ ar ett vanligt sp˚ ar¨ amne i kroppen och ing˚ ar bland i processer som regle- rar blodtrycket. Metallen ¨ ar essentiell f¨ or m¨ anniskan men ¨ ar i mycket h¨ oga do- ser f¨ orknippad med sjukdomar som fetma och anemi (Kaur m. fl., 2014). Metallens anv¨ andningsomr˚ aden ¨ ar bland annat som korrosionsskydd i form av galvanisering (f¨ orzinkning) och ing˚ ar som komponent i m¨ assing (Nationalencyklopedin, u.˚ a.[d]).

Den anv¨ ands ¨ aven i vissa h˚ arv˚ ardsprodukter (Naturskyddsf¨ oreningen, 2010) och kan ing˚ a i kosmetika (L¨ akemedelsverket, 2016). Zink kan bland annat spridas till naturen till f¨ oljd av d¨ ackslitage, f¨ orbr¨ anning av biomassa och utsl¨ app fr˚ an pappersmassafa- briker (Naturv˚ ardsverket, 2017d).

2.2 K ¨ ALLOR TILL METALLER I AVLOPPSVATTEN

I en polsk studie unders¨ oktes sambandet mellan metallhalt i slam och k¨ allor till

f¨ ororeningar med hj¨ alp av multivariata analysmetoder som ”Cluster analysis” (CA)

och ”Principal components analysis” (PCA). Resultatet av studien visade att indu-

striomr˚ aden tenderade att ha h¨ oga halter av metallerna nickel, koppar, krom eller

kadmium i avloppsvattnet. I tv˚ a av de unders¨ okta omr˚ adena var det halterna av

nickel och koppar som p˚ averkades mest av industrierna. I tv˚ a andra omr˚ aden kunde

h¨ oga halter av kadmium och krom i slam sp˚ aras tillbaka till industrier som tillverkade plast och textilier (Han´ c m. fl., 2009). PCA har ¨ aven anv¨ ants f¨ or att identifiera k¨ allor till tungmetaller i en provins i Kina. De st¨ orsta k¨ allorna till metaller var sm¨ altverk, koksverk och trafik. Dessa stod f¨ or 35,7 % av variansen. 29 % av variansen kunde sp˚ aras till hush˚ allen och kontaminering av dricksvattnet i r¨ orsystemet och 16,2 % kunde f¨ orklaras av bland annat textilproducenter och l¨ adergarvningsindustrier. En viktig k¨ alla f¨ or zink i avloppsvattnet var galvaniserade r¨ or som, trots att det ¨ ar f¨ orbjudet, fortfarande fanns kvar i flera omr˚ aden i Kina. F¨ orfattarna menade att om dessa r¨ or skulle bytas ut skulle zinkbelastningen p˚ a reningsverken minska. I samma studie hittades ¨ aven en signifikant korrelation mellan koppar, bly och kvicksilver (p

<0,01) samt en signifikant korrelation mellan zink, arsenik och kadmium (p <0,01).

Detta kunde tyda p˚ a att metallerna h¨ arstammade fr˚ an samma k¨ alla (Duan m. fl., 2015).

Gromaire m. fl. (2001) visade att avrinning fr˚ an hustak var en stor bidragande faktor till m¨ angden bly, zink och kadmium i det kombinerade avloppssystemet i Paris. I studien inkluderades avrinning fr˚ an tak, gator och parkeringsplatser. I de omr˚ aden d¨ ar det var vanligt med zinkbelagda tak var koncentrationen av zink och kadmium mycket h¨ oga. Att ¨ aven koncentrationen av kadmium var h¨ og ans˚ ags kunna bero p˚ a att en liten m¨ angd kadmium ofta ing˚ ar i zinkprodukter.

S¨ orme och Lagerkvist (2001) unders¨ okte k¨ allor till tungmetaller i vatten som inkom till Henriksdals reningsverk i Stockholm. Fordonstv¨ attar visade sig vara en stor bi- dragande k¨ alla till utsl¨ app av krom, kadmium och zink i avloppssystemet. F¨ or koppar var den st¨ orsta k¨ allan dricksvatten och avrinning fr˚ an hustak. F¨ orfattarna menade

¨ aven att stora industrier, som exempelvis ytbehandlare, tidigare varit en stor k¨ alla till tungmetaller men att utsl¨ appen begr¨ ansats till f¨ oljd av att processvattnet nu f¨ or-renas i st¨ orre utstr¨ ackning. Resultaten av S¨ orme och Lagerkvist (2001) samman- fattas i tabell A.3, bilaga 1.

Agduhr Eronen (2010) var med och tog fram Excelverktyget ”Source Finder”(SoFi)

och unders¨ okte i samband med det fl¨ oden av tungmetaller i Solna och Sigtuna. I

studien kartlades k¨ allor till bland annat kadmium och kvicksilver. I Sigtuna och Sol-

na kommun var k¨ allan till kadmium i avloppssystemet framf¨ orallt hush˚ allen. ¨ Aven

Arlanda flygplats var en viktig kadmiumk¨ alla i Sigtuna kommun. De st¨ orsta kvick-

silverk¨ allorna i b˚ ada kommunerna var hush˚ allen samt tandv˚ arden. Det visade sig att

det var ˚ atg¨ arder inriktade p˚ a hush˚ allen som gav den st¨ orsta effekten, det vill s¨ aga

minskade tungmetallbelastningen p˚ a reningsverket mest. D˚ a fl¨ odet av kadmium och

kvicksilver, ber¨ aknade med SoFi, j¨ amf¨ ordes med uppskattat fl¨ ode visades att SoFi

¨ overskattade kadmiumfl¨ odet med cirka 30 % och underskattade fl¨ odet av kvicksilver med cirka 25 % f¨ or Sigtuna. F¨ or Solna underskattades fl¨ odet av kadmium med cirka 20 % och fl¨ odet av kvicksilver med cirka 40 %.

Resultaten fr˚ an Agduhr Eronen (2010) st¨ ammer v¨ al ¨ overens med de fr˚ an Isaksson (2013). Isaksson (2013) unders¨ okte k¨ allor till tungmetaller i Uppsalas avloppsled- ningsn¨ at och kom fram till att hush˚ allen (70 %) och tandv˚ arden (20 %) var de st¨ orsta k¨ allorna till kvicksilver och att hush˚ allen (83 %) var st¨ orsta k¨ allan till kad- mium. ¨ Aven l¨ ackage och dr¨ aneringsvatten ans˚ ags vara en viktig k¨ alla till kadmium (8 %). Resultaten av Agduhr Eronen (2010) och Isaksson (2013) sammanfattas i tabell A.3, bilaga 1.

Hush˚ all st˚ ar allts˚ a f¨ or en stor del av bidragen av metaller till reningsverken (Agdu- hr Eronen, 2010; Isaksson, 2013; S¨ orme och Lagerkvist, 2001). I kategorin hush˚ all ing˚ ar bland annat avloppsfraktionerna urin, fekalier och BDT-vatten (bad-, disk- och tv¨ attvatten). Av de ovanst˚ aende avloppsfraktionerna ¨ ar det BDT-vatten som gene- rellt inneh˚ aller st¨ orst m¨ angd metaller per person och dag (tabell 1). St¨ adprodukter och tv¨ attmedel, som anv¨ ands inom hush˚ allen, kan inneh˚ alla metaller (S¨ orme och Lagerkvist, 2001).

Tabell 1: Inneh˚ all av n¨ arings¨ amnen, kadmium, koppar, krom, zink och kvicksilver i avloppsfraktioner fr˚ an hush˚ all. V¨ ardet f¨ or fosfor ¨ ar enligt referensen korrigerat till inneh˚ allet efter att fosfor f¨ orbjudits i disk- och tv¨ attmedel (J¨ onsson m. fl., 2005)

Urin Fekalier och toapapper BDT-vatten Enhet

Fosfor 1 0,5 0,18 g/per son, dag

Kv¨ ave 11 1,5 1,18 g/per son, dag

Kadmium 0,5 15 10 µg/person, dag

0,5 30 56 mg/kgP

Kvicksilver 0,82 9 1 µg/person, dag

0,82 18 5,6 mg/kgP

Koppar 100 1 000 4 000 µg/person, dag

100 2 000 22 000 mg/kgP

Krom 10 124 200 µg/person, dag

10 248 1 100 mg/kgP

Zink 300 10 700 4 000 µg/person, dag

300 21 400 22 000 mg/kgP

2.3 SLAM˚ ATERF ¨ ORING

I Sverige ˚ aterf¨ ors cirka 1 340 ton fosfor per ˚ ar till ˚ akermark i form av avloppss- lam (Naturv˚ ardsverket, 2013). Det slam som inte ˚ aterf¨ ors anv¨ ands bland annat f¨ or att t¨ acka gamla deponier eller f¨ orbr¨ anns. I avloppsslam finns restprodukter s˚ asom tungmetaller och nedbrytningsprodukter av bek¨ ampningsmedel. I Sverige finns idag lagstiftning f¨ or vad slam, som avses anv¨ andas inom jordbruket, f˚ ar inneh˚ alla. Na- turv˚ ardsverket anser dock att det beh¨ ovs str¨ angare krav p˚ a o¨ onskade ¨ amnen i slam och har satt upp rekommenderade gr¨ ansv¨ arden f¨ or bland annat metaller (tabell 2).

Dessa krav ¨ ar dock endast ett f¨ orslag till riktv¨ arden och regeringen har ¨ annu inte tagit st¨ allning till dem. Den l˚ angsiktiga trenden ¨ ar minskande halter av tungmetaller i slam, med undantag av koppar och zink (Naturv˚ ardsverket, 2013).

Halten av metaller i slam som avses anv¨ andas p˚ a ˚ akermark ¨ ar reglerade enligt svensk lagstiftning i §20 i ”F¨ orordningen om f¨ orbud m.m. i vissa fall i samband med han- tering, inf¨ orsel och utf¨ orsel av kemiska produkter” (SFS 1998:944).

Tabell 2: Lagf¨ orda gr¨ ansv¨ arden av metaller f¨ or avloppsslam som avses anv¨ andas p˚ a ˚ akermark (SFS 1998:944, 1998) samt Naturv˚ ardsverkets f¨ orslag till gr¨ ansv¨ arden (Naturv˚ ardsverket, 2013). Beteckningen GV st˚ ar f¨ or gr¨ ansv¨ arde och Ts f¨ or Torrsub- stans

GV F¨ oreslaget GV F¨ oreslaget GV [mg/kg Ts] [mg/kg Ts] [mg/kg P]

Kadmium 2 1 40

Koppar 600 600 21 400

Krom 100 60 2 100

Kvicksilver 2,5 1 40

Nickel 50 40 1 400

Zink 800 800 28 600

2.3.1 REVAQ-certifiering

REVAQ ¨ ar en certifiering som tagits fram f¨ or att s¨ akerst¨ alla att slam som sprids

p˚ a ˚ akermark innehar en god kvalitet. F¨ or att ett reningsverk ska bli certifierat en-

ligt REVAQ kr¨ avs bland annat sp˚ arbarhet av o¨ onskade ¨ amnen i slammet, att ett

systematiskt uppstr¨ omsarbete utf¨ ors och att slammet h˚ aller en kvalit´ e utifr˚ an cer-

tifieringens krav, som ¨ ar striktare ¨ an lagstiftningen. Det l˚ angsiktiga m˚ alet ¨ ar att

halterna av icke-essentiella sp˚ ar¨ amnen inte ska ¨ oka i jordbruksmark. Som delm˚ al till

detta l˚ angsiktiga m˚ al ska ackumuleringstakten f¨ or dessa ¨ amnen inte ¨ overstiga 0,2 %

per ˚ ar. Delm˚ alet ska vara uppn˚ att senast ˚ ar 2025 (REVAQ, 2018).

2.4 AVSKILJNING AV METALLER OCH ANDRA MIKRO- F ¨ ORORENINGAR

Avskiljning av mikrof¨ ororeningar i reningsverk sker till f¨ oljd av processer som sorp- tion, bionedbrytning eller att ¨ amnen ¨ overg˚ ar till gasfas. F¨ or metaller, med undantag av kvicksilver, ¨ ar sorption den enda processen som p˚ averkar (Pomi´ es m. fl., 2013).

Sorption inneb¨ ar att atomer eller molekyler binder till en yta genom adsorption el- ler tas upp av till exempel en fast kropp genom absorption (Nationalencyklopedin, u.˚ a.[c]). F¨ or kvicksilver m˚ aste ¨ aven avdunstning tas h¨ ansyn till eftersom kvicksilver

¨ ar ett flyktigt ¨ amne (Pomi´ es m. fl., 2013). Avskiljning av metaller under renings- processen sker genom att metaller binder till partikul¨ art material och sedan avskiljs tillsammans med prim¨ ar- eller ¨ overskottsslam (Cantino m. fl., 2016). Hur mycket metaller som avskiljs har till stor del visat sig bero p˚ a de driftf¨ orh˚ allandena som r˚ ader p˚ a olika avloppsreningsverk. Dessa kan till exempel vara slam˚ alder, hydrau- lisk retentionstid och temperatur. Trots att driftf¨ orh˚ allanden har ansetts viktiga har de i m˚ anga modeller, som beskriver sorption av mikrof¨ ororeningar, inte inkluderats i de ekvationer som beskriver sorptionsprocesserna (Pomi´ es m. fl., 2013).

I modeller som beskriver sorption i aktivslamprocessen inkluderas en sorptionskon- stant, K _d . V¨ ardet p˚ a K _d varierar beroende p˚ a modell och det rekommenderas att K d -v¨ ardet tas fram experimentellt f¨ or att det ska g¨ alla f¨ or ett visst reningsverk i ett specifikt reningssteg. pH- f¨ orh˚ allanden ¨ ar n˚ agot som p˚ averkar sorptionsprocessen kraftigt, vilket inneb¨ ar att pH borde ing˚ a i modeller som studerar mikrof¨ ororeningar i jonform (Pomi´ es m. fl., 2013).

F¨ or att modellera mikrof¨ ororeningars v¨ ag genom reningsverk har b˚ ade dynamiska

och statiska modeller konstruerats. En dynamisk modell ¨ ar att f¨ oredra d˚ a det ska tas

h¨ ansyn till tillf¨ alliga koncentrationsvariationer i inkommande vatten till reningsver-

ket. En dynamisk modell kr¨ aver dock en h¨ ogre provtagningsfrekvens, d˚ a det kr¨ avs

mer data till kalibreringen av modellen j¨ amf¨ ort med en statisk modell.Trots att

det anses viktigt att g¨ ora en k¨ anslighetsanalys med avseende p˚ a modellparametrar

utf¨ ors det vanligen inte f¨ or modeller som beskriver avskiljning av mikrof¨ ororeningar

(Pomi´ es m. fl., 2013).

3 METOD, MATERIAL OCH DATABEARBETNING

3.1 KUNGS ¨ ANGENS RENINGSVERK OCH DESS

UPPTAGNINGSOMR˚ ADE

V¨ aster˚ as ¨ ar en stad i V¨ astmanlands l¨ an med cirka 135 000 inv˚ anare kopplade till det kommunala avloppsn¨ atet. Avloppsn¨ atet best˚ ar av ledningar f¨ or dagvatten, spillvat- ten samt kombinerade ledningar, d¨ ar b˚ ade dagvatten och spillvatten transporteras i samma ledningar. Spillvattenledningarna i V¨ aster˚ as har en total l¨ angd p˚ a 441 km och det kombinerade avloppsn¨ atet har en l¨ angd p˚ a 31 km. Reningsverket i V¨ aster˚ as tar emot avloppsvatten fr˚ an V¨ aster˚ as stad samt ett antal f¨ ororter (figur 1) (M¨ alarenergi, 2016a).

Figur 1: Avlopps- och dricksvattenn¨ atets utbredning i V¨ aster˚ as. Beteckningen ARV st˚ ar f¨ or avloppsreningsverk och VV st˚ ar f¨ or vattenverk. Figuren ¨ ar h¨ amtad med tillst˚ and fr˚ an M¨ alarenergi (2016a).

F¨ or att industrier ska f˚ a koppla p˚ a sig p˚ a M¨ alarenergis avloppsvattenn¨ at st¨ alls krav

p˚ a att vattnet som sl¨ apps ut inte inneh˚ aller halter av vissa ¨ amnen som ¨ overstiger

uppsatta gr¨ ansv¨ arden (tabell 3).

Tabell 3: M¨ alarenergis gr¨ ansv¨ arden f¨ or industriavloppsvatten. F¨ or pH ska v¨ ardet ligga inom det intervall som anges (M¨ alarenergi, 2017)

Parameter Gr¨ ansv¨ arde

pH 6,5–11

Kadmium [µg/l] 0,2 Kvicksilver [µg/l] 0,2 Koppar [µg/l] 200 Zink [ µg/l] 200

Krom [µg/l] 50

Gr¨ ansv¨ ardena f¨ or kadmium, kvicksilver och krom i tabell 3 kommer sk¨ arpas efter ˚ ar 2019. De kommer d˚ a att vara 0,15 µg/l f¨ or b˚ ade kadmium och kvicksilver och 25 µg/l f¨ or krom (M¨ alarenergi, 2017).

Kungs¨ angens reningsverk behandlar ca 50 miljoner liter avloppsvatten varje dygn (M¨ alarenergi, u.˚ a.). Drygt 1 % av vattnet h¨ arstammar fr˚ an det kombinerade avlopps- systemet (M¨ alarenergi, 2016a). Reningssteg som inkluderas i behandlingen (figur 2)

¨ ar bland annat fosforf¨ allning, f¨ orsedimentering, biologisk rening i form av en aktiv slamprocess och r¨ otning av slam. Det slam som genereras i f¨ orsedimenteringsbass¨ angerna processas i en slamsilspress. I slamsilspressen separeras slam fr˚ an st¨ orre material s˚ asom h˚ ar och sm˚ askr¨ ap. Materialet tv¨ attas f¨ or att sedan f¨ oras till f¨ orbr¨ anning.

Det slam som avskilts g˚ ar vidare till en slamf¨ ortjockare f¨ or att sedan f¨ oras in i

r¨ otkammaren, d¨ ar slammet uppeh˚ aller sig i cirka 20 dygn. Anl¨ aggningens biorening

best˚ ar av 12 bioreaktorer. Dessa har en kapacitet att rena ungef¨ ar 5 400 m ³ vatten

per timme. Sedan ˚ ar 1997 inkluderas kv¨ averening i biosteget (M¨ alarenergi, u.˚ a.). F¨ or

att kv¨ avereningens denitrifikationsprocess ska fungera tills¨ atts kol till avloppsvattnet

(Svenskt Vatten, 2007).

Figur 2: Sc hematisk presen tation a v rening a v a vloppsv atten i Kungs ¨angens reningsv erk. Figuren ¨ar h ¨am tad med tillst ˚and fr ˚an M ¨alarenergi (u. ˚a.).

3.2 ANALYS AV K ¨ ALLOR MED SoFi

Metaller som inkluderas i SoFi ¨ ar koppar, kadmium, kvicksilver, krom och zink.

I verktyget angavs massfl¨ oden av metallerna, i enheten gram per ˚ ar, fr˚ an olika verksamheter som antogs vara kopplade till spillvattenn¨ atet. Det inkluderas ¨ aven p˚ averkan fr˚ an hush˚ all, l¨ ack- och dr¨ aneringsvatten, dagvatten samt ¨ ovriga k¨ allor, se figur 3 (K¨ appala och Urban Water Management, 2010). I de fall uppm¨ atta data fr˚ an verksamheter saknades anv¨ andes schablonv¨ arden vid ber¨ akning. De indata som f¨ ordes in i SoFi summeras i avsnitt 3.2.9.

Figur 3: K¨ allor till tungmetaller i avloppssystem inkluderade i SoFi. Beteckningen ARV st˚ ar f¨ or avloppsreningsverk. Figuren ¨ ar h¨ amtad med tillst˚ and fr˚ an K¨ appala och Urban Water Management (2010).

3.2.1 Metaller fr˚ an verksamheter

Initialt unders¨ oktes vilka verksamheter som verkade inom V¨ aster˚ as. Verksamheter inom kategorier som fordonstv¨ attar, avfallshantering, f¨ arg- och lacktillverkning, A- och B-verksamheter och tandv˚ ard h¨ amtades fr˚ an EnvoMap, d¨ ar M¨ alarenergi tidiga- re samlat data.

F¨ or att avg¨ ora om verksamheterna var kopplade till dag- eller spillvattenn¨ atet stude-

rades milj¨ orapporter, noteringar och angivna anslutningar i EnvoMap, M¨ alarenergis

register ¨ over oljeavskiljare samt en sammanst¨ allning ¨ over provtagningar p˚ a for-

donstv¨ attar. Angivna anslutningarna i EnvoMap, som valts utifr˚ an en rullista, skilde

sig i flera fall mot de noteringar om anslutningar som anst¨ allda gjort i EnvoMap. I

de fall k¨ allorna avvek fr˚ an varandra ans˚ ags noteringar av anst¨ allda i EnvoMap vara den s¨ akraste k¨ allan, d¨ arefter i fallande ordning milj¨ orapporter, register ¨ over oljeav- skiljare och anslutningar i EnvoMap. Undantaget fr˚ an detta var fordonstv¨ attar, d˚ a det i sammanst¨ allningen ¨ over fordonstv¨ attarna angivits att sp˚ arning av fl¨ odesv¨ agar med hj¨ alp av inf¨ argning utf¨ orts. S˚ aledes ans˚ ags detta vara den s¨ akraste k¨ allan vad g¨ aller anslutning f¨ or fordonstv¨ attar. F¨ or bilverkst¨ ader fanns det endast uppgifter om anslutning f¨ or 23 av 51 verkst¨ ader. Av de angivna var 65 % kopplade till spill- vattenn¨ atet och 35 % kopplade till dagvattenn¨ atet. Det gjordes ett antagande att samma f¨ orh˚ allande g¨ allde f¨ or de verkst¨ ader d¨ ar anslutningen inte kunde p˚ avisas.

F¨ or att ta fram data p˚ a emissioner fr˚ an A- och B-verksamheter studerades verk- samheternas milj¨ orapporter f¨ or ˚ ar 2016 samt uppskattade data p˚ a emissioner fr˚ an M¨ alarenergis databas. F¨ or m˚ anga verksamheter angavs inte emissionerna i milj¨ o- rapporterna, d˚ a de angavs vara under gr¨ ansen f¨ or vad som var till˚ atet att sl¨ appa ut.

Verksamheter som det inte fanns tillg¨ anglig data fr˚ an inkluderades inte i arbetet.

F¨ or de verksamheter d¨ ar data ˚ aterfanns i milj¨ orapporterna anv¨ andes den i milj¨ o- rapporten angivna ˚ arliga emissionen. I de fall ingen ˚ arlig emission angavs fr˚ an verk- samheten anv¨ andes angivna stickprov p˚ a metallhalten i vattnet. Om flera stickprov fanns tillg¨ angliga anv¨ andes ett medianv¨ arde av stickproven.

Bilverkst¨ ader var en verksamhetsgrupp som inte inkluderades i EnvoMap. F¨ or att unders¨ oka hur m˚ anga bilverkst¨ ader som var lokaliserade i V¨ aster˚ as anv¨ andes f¨ oretags- registret. F¨ or att ta reda p˚ a hur m˚ anga av bilverkst¨ aderna som v˚ attorkade golven kontaktades tio verkst¨ ader via telefon. Samtliga uppgav att de v˚ attorkade sina golv och det gjordes ett antagande att alla bilverkst¨ ader anv¨ ande vatten vid golvst¨ adning.

F¨ or att ber¨ akna metallemissioner fr˚ an fordonstv¨ attar har data fr˚ an Envomap anv¨ ands.

F¨ or fordonstv¨ attar har koncentrationsdata som uppm¨ attes mellan 2013 och 2016 in- kluderats. Tillg¨ angliga data fr˚ an ett flertal verksamheter var vattenf¨ orbrukning f¨ or ett visst antal tv¨ attar, antal tv¨ attar per ˚ ar samt metallkoncentrationen i det gene- rerade avloppsvattnet.

I V¨ aster˚ as var 16 verksamheter som tv¨ attade personbilar och 4 verksamheter som

tv¨ attade ¨ ovriga fordon kopplade till spillvattenn¨ atet. Den ˚ arliga m¨ angden av me-

taller som varje verksamhet genererade ber¨ aknades genom att multiplicera vat-

tenf¨ orbrukningen per tv¨ att med antalet tv¨ attade fordon per ˚ ar och mediankoncentra-

tionen i spillvattnet fr˚ an verksamheten. I de fall data p˚ a metallkoncentrationer eller

vattenf¨ orbrukning inte fanns tillg¨ angligt anv¨ andes ett medianv¨ arde av all tillg¨ anglig

data f¨ or fordonstv¨ attar kopplade till spillvattenn¨ atet. Ber¨ akningen av medianv¨ ardet av den tillg¨ angliga datan separerades utefter fordonsklass. Medianv¨ ardet f¨ or vat- tenf¨ orbrukning per tv¨ attat fordon anv¨ andes f¨ or 50 % av fordonstv¨ attarna.

I en t˚ agtv¨ attsanl¨ aggning i V¨ aster˚ as tv¨ attas cirka 20 till 25 t˚ agset varje ˚ ar (Jons- son, 2018). 630 meter ¨ ar den maximala t˚ agl¨ angd de flesta m¨ otesstationer i Sverige till˚ ater (Statens institut f¨ or kommunikationsanalys, 2010). D˚ a inte alla t˚ agset anses ha maximal l¨ angd har en t˚ agl¨ angd p˚ a h¨ alften av den maximala l¨ angden anv¨ ants, det vill s¨ aga 315 meter. Det har s˚ aledes antagits att 22,5 t˚ agset tv¨ attas varje ˚ ar i V¨ aster˚ as och att dessa har en l¨ angd p˚ a 315 meter per t˚ agset, vilket ger en total t˚ agl¨ angd p˚ a ungef¨ ar 7 100. Detta ger 591 t˚ ag ´ a 12 meter.

I V¨ aster˚ as finns uppskattningsvis 60 behandlingsrum inom folktandv˚ arden och un- gef¨ ar 80 behandlingsrum inom den privata tandv˚ ardssektorn (Matsson, 2018). Det- ta inneb¨ ar att det totalt finns cirka 140 behandlingsrum med behandlingsstolar i V¨ aster˚ as. Detta antal har multiplicerats med ett, i SoFi angivet, schablonv¨ arde f¨ or den ˚ arliga emissionen av kvicksilver fr˚ an en tandv˚ ardsstol.

I andra kommuner har det uppgivits att konstn¨ arsf¨ arger st˚ ar f¨ or tio procent av kad- miumm¨ angden som kommer in till reningsverket med avloppsvattnet (VaSyd, u.˚ a.

Karlstad Kommun, u.˚ a. Stockholm vatten och avfall, 2000). Det har s˚ aledes antagits att liknande andel kadmium fr˚ an konstn¨ arsf¨ arger kommer in med avloppsvattnet i V¨ aster˚ as.

3.2.2 Uppskattning av bortfall fr˚ an ej inkluderade verksamheter

Det uppskattades att fem av tretton B-verksamheter, som var listade i EnvoMap

men d¨ ar data saknades, var anslutna till spillvattenn¨ atet. Anledningen till att just

dessa verksamheter ans˚ ags vara kopplade var f¨ or att notering om anslutning fanns i

M¨ alarenergis interna datasystem. De sju verksamheterna som inte inkluderades hade

oklar anslutning eller renade sitt avloppsvatten sj¨ alva. Fl¨ odet av avloppsvatten fr˚ an

de fem inkluderade verksamheterna hade uppskattats av M¨ alarenergi. Gr¨ ansv¨ ardet

f¨ or hur mycket metaller en verksamhet f˚ ar sl¨ appa ut i avloppsvattnet (tabell 3) samt

uppskattade fl¨ oden fr˚ an M¨ alarenergi anv¨ andes f¨ or att ber¨ akna en ungef¨ arlig total

emission fr˚ an dessa verksamheter. Dessa v¨ arden inkluderades inte i SoFi-analysen

d˚ a siffrorna ans˚ ags vara f¨ or os¨ akra. De ber¨ aknade emissionerna anv¨ andes endast

f¨ or att uppskatta bortfallet till f¨ oljd av de verksamheter som inte inkluderades. I

EnvoMap fanns ¨ aven 22 stycken C-verksamheter vars emissioner inte fanns angiv- na. Det ˚ aterfanns heller inga uppgifter om avloppsvattenfl¨ oden eller anslutning f¨ or verksamheterna. Verksamheterna angavs bedriva avfallshantering, verkstadsindustri eller metallbearbetning. F¨ or att estimera bortfallet fr˚ an dessa verksamheter antogs att h¨ alften var kopplade till spillvattenn¨ atet och att fl¨ odet fr˚ an dessa till renings- verket var 500 m ³ per ˚ ar. Fl¨ odet uppskattades genom att anv¨ anda ett avrundat me- dianv¨ arde av de av M¨ alarenergi angivna uppskattade fl¨ odena fr˚ an C-verksamheter exklusive fordonstv¨ attar. Fl¨ odesdata fanns f¨ or ˚ atta stycken verksamheter. Den me- tallhalt som antogs var gr¨ ansv¨ ardet f¨ or industrier enligt tabell 3. De uppskattade emissionerna sammanfattas i tabell 4.

Tabell 4: Uppskattade emissioner fr˚ an verksamheter som inte inkluderades i SoFi- analysen

Cd Hg Cu Zn Cr

A– och B–verksamheter [g/˚ ar] 9,6 9,0 9 600 9 600 2 400 C–verksamheter [g/˚ ar] 1,1 1,1 1 100 1 100 280

3.2.3 Metaller fr˚ an kombinerat avloppssystem

I studien byggdes ber¨ akningen av p˚ averkan fr˚ an det kombinerade avloppssystemet framf¨ or allt p˚ a schablonv¨ arden. I SoFi angavs area h˚ ardgjord yta, area v¨ ag, trafikar- bete i kilometer per ˚ ar, area koppartak, andel av ˚ aret som dubbd¨ ack anv¨ ands samt andel bilister som anv¨ ander dubbd¨ ack.

Det kombinerade avloppssystemet studerades visuellt utifr˚ an en ledningskarta till- handah˚ allen av M¨ alarenergi. Genom att j¨ amf¨ ora en baskarta ¨ over V¨ aster˚ as impor- terad i GIS med ledningskartan kunde den totala l¨ angden p˚ a v¨ agar i anslutning till det kombinerade avloppsn¨ atet uppm¨ atas. Den totala v¨ agl¨ angden uppm¨ attes till ca 39 km. Enligt Trafikverket (2004) ¨ ar v¨ agbredden f¨ or en tv˚ afilig v¨ ag 5,8 till 11 meter.

D˚ a det kombinerade avloppssystemet framf¨ or allt var lokaliserat centralt, d¨ ar v¨ agar troligtvis ¨ ar relativt smala, ans˚ ags den undre delen av intervallet var representativt f¨ or v¨ agbredden. V¨ agarean (uppskattades som v¨ agbredden 5,8 m multiplicerat med v¨ agl¨ angden 39 km) f¨ or v¨ agar i anslutning till det kombinerade avloppsn¨ atet blev s˚ aledes 22,6 ha.

Baskartan ¨ over V¨ aster˚ as anv¨ andes ¨ aven f¨ or att ber¨ akna den totala arean av koppar-

tak p˚ a byggnader i anslutning till det kombinerade avloppsn¨ atet. Detta gjordes

genom att identifiera koppartak p˚ a kartan utifr˚ an dess gr¨ ona f¨ arg. Arean p˚ a taket

uppm¨ attes utifr˚ an en vy ovanifr˚ an vilket inneb¨ ar att h¨ ansyn inte tagits till eventuell

lutning p˚ a taken. Att lokalisera koppartak i GIS med hj¨ alp av takf¨ argen har tidigare gjorts av Alazem (2012).

I Sverige ¨ ar det krav p˚ a vinterd¨ ack mellan 1 december och 31 mars d˚ a det r˚ ader vinterv¨ aglag (Transportstyrelsen, u.˚ a.). Det har antagits att alla som anv¨ ander dubbd¨ ack beh˚ aller dem p˚ a under hela denna period, vilket utg¨ or ca 33 % av ˚ aret.

Naturv˚ ardsverket genomf¨ orde ˚ ar 2016 en unders¨ okning med avsikt att kartl¨ agga dubbd¨ acksanv¨ andningen i Sverige. De kom fram till att andelen som anv¨ ander dubbd¨ ack i V¨ astmanlands l¨ an var 76 % (Naturv˚ ardsverket, 2017a).

F¨ or att ta reda p˚ a m¨ angden trafikarbete, det vill s¨ aga trafikbelastning, p˚ a v¨ agar i anslutning till det kombinerade avloppssystemet i enheten km per ˚ ar anv¨ andes m¨ atningar p˚ a antalet fordon per dygn i omr˚ adet fr˚ an Trafikverket (2017). Det togs stickprov p˚ a tio m¨ atningar, som gav ett medianv¨ arde p˚ a 400 bilar per dygn. Detta gav 146 000 bilar p˚ a ett ˚ ar. L¨ angden p˚ a v¨ agarna i anslutning till det kombinerade avloppsvattnet hade tidigare ber¨ aknats till 39 km. Det totala trafikarbetet (upp- skattat som antal bilar 146 000 multiplicerat med v¨ agl¨ angden 39 km) uppskattades s˚ aledes vara 5 694 000 km/˚ ar.

3.2.4 L¨ ack- och dr¨ aneringsvatten

Fl¨ odet in till reningsverket var ˚ ar 2016 16 039 642 m ³ , varav cirka 44 % var till- skottsvatten (M¨ alarenergi, 2016a). Till tillskottsvatten r¨ aknades vatten fr˚ an det kombinerade avloppssystemet samt inl¨ ackage av dagvatten, dricksvatten, grundvat- ten och dr¨ aneringsvatten. Inl¨ ackage av grundvatten och dr¨ aneringsvatten utgjorde cirka 41 % av tillskottsvattnet (M¨ alarenergi, 2016a). Detta innebar att den uppskat- tade m¨ angden grundvatten och dr¨ aneringsvatten som kom in i systemet blev

16 039 642 ·0 , 44 · 0, 41 = 2 916 240 ≈ 2 900 000 m ³ 3.2.5 Metaller fr˚ an ¨ ovriga k¨ allor

Slam fr˚ an externa k¨ allor tills¨ atts i reningsprocessen innan m¨ atstationen f¨ or inkom-

mande vatten (Nilsson, 2018) vilket g¨ or att bidragen f¨ or dessa k¨ allor har inklude-

rats i ber¨ akningen av totala metallm¨ angder. I de externa k¨ allorna inkluderas en-

skilda avlopp, de sm˚ a avloppsreningsverken Flintavik och Skultuna samt de st¨ orre

reningsverken i Enk¨ oping och K¨ oping. Data p˚ a metallkoncentration, Ts-halt och

m¨ angd tillsatt slam ˚ aterfanns i milj¨ orapporter f¨ or reningsverken f¨ or ˚ ar 2016 samt i

M¨ alarenergis interna databas. F¨ or att uppskatta metallkoncentrationen i slam fr˚ an enskilda avlopp anv¨ andes en medianhalt av uppm¨ atta halter i sex slambilar som h¨ amtat slam fr˚ an enskilda avlopp i regionen. F¨ or slammet fr˚ an Flintavik anv¨ andes m¨ atningar p˚ a metallkoncentration och Ts-halt fr˚ an ˚ ar 2015, d˚ a inga m¨ atningar fr˚ an 2016 ˚ aterfanns. V¨ ardena f¨ or metallkoncentrationer och Ts-halt som anv¨ andes i ber¨ akningen var medianv¨ arden av fem m¨ atningar under 2015. F¨ or slammet fr˚ an Enk¨ opings och K¨ opings reningsverk hittades inga data p˚ a koncentrationen av me- taller. Slammet antogs d¨ arf¨ or ha samma koncentration som medianv¨ ardet av metall- koncentrationen i Flitavik och Skultuna reningsverk samt slammet fr˚ an de enskilda avloppen. F¨ or att ber¨ akna Ts-halten i slammet fr˚ an K¨ oping och Enk¨ oping togs en median av halten fr˚ an Flintavik och Skultuna reningsverk.

Tabell 5: Inkommande m¨ angd slam till Kungs¨ angens reningsverk ˚ ar 2016, median Ts-halt p˚ a slammet samt slammets metallkoncentration

Slam Ts-halt Cd Hg Cu Zn Cr

[m ³ /˚ ar ] [%] [mg/kgT s] [mg/kgT s] [mg/kgT s] [mg/kgT s] [mg/kgT s]

Enk¨ oping 2 123 ^[1] 2,956 0,3 0,16 260 320 9

K¨ oping 595 ^[1] 2,956 0,3 0,16 260 320 9

Enskilda avlopp 13 381 ^[1] 0,351 0,3 0,16 150 405 8,9

Flintavik 1 189 ^[1] 2,31 0,3 0,16 260 320 9

Skultuna 2 841 ^[1] 3,6 ^[2] 0,36 ^[2] 0,48 ^[2] 270 ^[2] 320 ^[2] 21 ^[2]

1 (M¨ alarenergi, 2016a) ² (M¨ alarenergi, 2016b)

Till reningsverket pumpades ungef¨ ar 25 500 m ³ lakvatten per ˚ ar fr˚ an Lundatippen, som ¨ ar en nedlagd deponi i V¨ aster˚ as (M¨ alarenergi, 2016a). Genom att anv¨ anda medianv¨ arden p˚ a metallemissioner fr˚ an 14 andra deponier framtaget av ¨ Oman m. fl.

(2000) och multiplicera med ˚ arsfl¨ odet kunde den ˚ arliga emissionen fr˚ an deponin ber¨ aknas.

3.2.6 Metaller fr˚ an hush˚ all

F¨ or att uppskatta belastningen fr˚ an hush˚ allen anv¨ andes uppm¨ att data f¨ or metallkon- centration och dygnsfl¨ oden fr˚ an fem bostadsomr˚ aden. ¨ Aven data p˚ a antal personer som bodde i respektive omr˚ ade fanns tillg¨ angligt. Denna data var tillhandah˚ allen av M¨ alarenergi. F¨ or att ta fram vilken m¨ angd metaller varje person sl¨ appte ut per

˚ ar multiplicerades metallkoncentrationen med antal dagar per ˚ ar och fl¨ odet fr˚ an re-

spektive omr˚ ade. M¨ angden metaller fr˚ an varje omr˚ ade summerades f¨ or att d¨ arefter

divideras med totala antalet personer som bodde i de fem omr˚ adena. Detta gav

m¨ angden metaller som sl¨ apptes ut per person och ˚ ar. F¨ or kvicksilver var fyra kon-

centrationsm¨ atningar i den tillhandah˚ allna datan under detektionsgr¨ ansen. Dessa angavs s˚ aledes som halva detektionsgr¨ ansen. De ber¨ aknade v¨ ardena fr˚ an hush˚ allen summeras i tabell A.1, bilaga 1.

F¨ or att ber¨ akna totala belastningen fr˚ an hush˚ allen multiplicerades det ber¨ aknade utsl¨ appet per person med totala antalet personer som var kopplade till avloppsn¨ atet (tabell 7).

3.2.7 Schablonv¨ arden

I verktyget SoFi kan schablonv¨ arden f¨ or bland annat metallkoncentration i l¨ ack- och dr¨ aneringsvatten v¨ aljas. F¨ or l¨ ack- och dr¨ aneringsvattnet valdes ett schablonv¨ arde som var ett medianv¨ arde mellan uppm¨ atta v¨ arden i G¨ oteborg och Stockholm. Medi- anv¨ ardet valdes d˚ a inga uppgifter om koncentration av metaller i marken i V¨ aster˚ as hade framkommit och det ans˚ ags s˚ aldes att medianv¨ ardet var mer representativt ¨ an enskilda m¨ atningar fr˚ an en specifik storstad.

3.2.8 Resultatkontroll

F¨ or att ber¨ akna hur stor del av den inkommande m¨ angden metaller till reningsverket som kunde f¨ orklaras med k¨ allorna i SoFi gjordes en resultatkontroll. M¨ angden metal- ler som kom in till reningsverket ˚ ar 2016 ber¨ aknades genom att multiplicera ett vec- kofl¨ ode med en uppm¨ att veckomedelkoncentration av metallerna. Veckofl¨ odena och medelkoncentrationerna var uppm¨ atta en g˚ ang per m˚ anad. Det antogs i utr¨ akningen att dessa veckov¨ arden var representativa f¨ or hela den aktuella m˚ anaden. Den totala m¨ angden metaller som kom med inkommande vatten till reningsverket ber¨ aknades genom ekvation

m metaller =

12

Õ

i =1

(4, 3 · Q i · C _i,metall ) (1) d¨ ar m _metaller ¨ ar massan metaller i avloppsvattnet under ett ˚ ar, 4,3 ¨ ar antal veckor per m˚ anad i genomsnitt, Q ¨ ar fl¨ odet av avloppsvatten in till reningsverket i m ³ /vecka och C metall ¨ ar medelkoncentrationen under samma vecka i mg/m ³

3.2.9 Summering av indata till SoFi

Indatan i SoFi som tagits fram genom ber¨ akningar med uppm¨ atta v¨ arden p˚ a fl¨ oden

och metallhalt presenteras i tabell 6.

Tabell 6: Ber¨ aknade och angivna v¨ arden baserat p˚ a uppm¨ att data fr˚ an V¨ aster˚ as som f¨ ordes in i SoFi

Cd Hg Cu Zn Cr Enhet

Fordonstv¨ attar -Personfordon 1,7 0,61 1 700 6 600 210 g/˚ ar - ¨ Ovriga fordon 13 0,086 1 200 1 600 83 g/˚ ar

Avfallsf¨ orbr¨ anning 0,45 12 33 54 25 g/˚ ar

Sjukhus 5,7 - 3 900 300 76 g/˚ ar

Vafab Milj¨ o 48 17 32 00 43 000 1 500 g/˚ ar

Lundatippen 5,1 0,56 306 1 200 180 g/˚ ar

Livsmedelsf¨ oretag 1,7 0,040 550 8 500 94 g/˚ ar

Shoppingcenter 1,8 - 1 300 1300 25 g/˚ ar

Lokal industri 0,22 0,047 30 240 24 g/˚ ar

Externt slam 84 74 63 000 86 000 3 600 g/˚ ar

Hush˚ all 1 300 730 860 000 1 400 000 18 000 g/˚ ar Resultatkontroll

Uppm¨ att/Ber¨ aknad m¨ angd fr˚ an omr˚ adet 2,1 1,3 1 100 1 900 77 kg/˚ ar Tabell 7 visar indatan i SoFi som anv¨ andes f¨ or att ber¨ akna metallemissioner med

hj¨ alp av schablonv¨ arden.

Tabell 7: Ber¨ aknade och angivna v¨ arden f¨ or ber¨ akningar med schablonv¨ arden.

Enhet Verksamheter

Tv¨ attade t˚ ag (12 m) 591 antal t˚ ag/˚ ar

Tandv˚ ard 140 antal unders¨ okningsstolar Bilverkst¨ ader (som v˚ attorkar golv) 47 antal verkst¨ ader Kadmiumtillskott fr˚ an konstn¨ arsverksamhet 10 %

Dagvatten (Kombinerat avloppsystem)

Area h˚ ardgjord yta 22,6 ha

Area v¨ ag 22,6 ha

Trafikarbete 5 700 000 km/˚ ar

Andel av ˚ aret som dubbd¨ ack anv¨ ands 0,33 andel Andel som anv¨ andes dubbd¨ ack 0,76 andel

L¨ ack- och dr¨ anvatten

M¨ angd l¨ ack- och dr¨ anvatten 2 900 000 m ³ /˚ ar

3.2.10 K¨ anslighetsanalys

I k¨ anslighetsanalysen studerades hur valet av schablonv¨ arden f¨ or l¨ ack- och dr¨ anerings-

vatten p˚ averkade resultatet genom att unders¨ oka hur resultatet f¨ or¨ andrades d˚ a tv˚ a

alternativa schablonv¨ ardena fr˚ an SoFi anv¨ andes. V¨ ardena i ber¨ akningen samt scha-

blonv¨ arden i SoFi presenteras i tabell A.1, bilaga 1. I k¨ anslighetsanalysen varierades

alltid ett schablonv¨ arde ˚ at g˚ angen.

Det unders¨ oktes ¨ aven hur resultatet p˚ averkades av de ber¨ aknade v¨ ardena f¨ or emis- sioner fr˚ an hush˚ all. Detta genom att anv¨ anda den h¨ ogsta och l¨ agsta registrerade emissionen per person och ˚ ar fr˚ an de fem bostadsomr˚ adena (tabell A.1, bilaga 1) och d¨ arefter observera hur resultatet f¨ or¨ andrades.

Schablonv¨ ardet f¨ or tandv˚ ardsinr¨ attningar byggde enligt referensen i SoFi p˚ a ett v¨ arde som framkom under ett konferensm¨ ote. D˚ a v¨ ardet inte kunde bekr¨ aftas ge- nom k¨ allan och d˚ a det inte framkom hur det tagits fram ans˚ ags schablonv¨ ardet vara os¨ akert. S˚ aledes inkluderades ¨ aven schablonv¨ ardet, p˚ a 2,5 gram per unders¨ okningsstol och ˚ ar, f¨ or tandv˚ ardsinr¨ attningar i k¨ anslighetsanalysen. Det unders¨ oktes hur resul- tatet varierade d˚ a schablonv¨ ardet s¨ anktes med ett gram, det vill s¨ aga minskades med 40 %, och ¨ okades med ett gram, det vill s¨ aga ¨ okades med 40 %.

3.3 AVLOPPSFRAKTIONER

D˚ a hush˚ all i tidigare studier visat sig bidra i stor grad till metallm¨ angden i av- loppsvattnet besl¨ ots att denna k¨ alla skulle unders¨ okas n¨ armare. Detta gjordes ge- nom att estimera bidraget fr˚ an hush˚ allsavloppsfraktionerna fekalier, urin, BDT- vatten, r¨ or och dricksvatten till reningsverkets totala metallbelastning. Till det- ta anv¨ andes emissionsdata fr˚ an J¨ onsson m. fl. (2005) (tabell 1) och S¨ orme och Lagerkvist (2001). Den totala uppskattade metallm¨ angden i vardera fraktion f¨ or V¨ aster˚ as stad ber¨ aknades genom att multiplicera emissionen av metaller (med en- het µg /person, dag) med antalet dagar p˚ a ett ˚ ar och antalet inv˚ anare i V¨ aster˚ as som var kopplade till avloppsn¨ atet enligt ekvation 2.

m metall,tot = m metall,person · 365 · 134 642 (2) D¨ arefter dividerades metallm¨ angden fr˚ an dessa fraktioner med den totala m¨ angden metaller i inkommande vatten till reningsverket under 2016, som ber¨ aknats i SoFi- analysen. Denna analys var inte en del av ber¨ akningarna i SoFi.

3.4 KORRELATIONSANALYSER

F¨ or att unders¨ oka om n˚ agra av metallerna koppar, krom, kadmium, kvicksilver eller

zink i avloppsvattnet kunde antas ha samma ursprung utf¨ ordes korrelationstester f¨ or

metallhalten i inkommande vatten till reningsverket. F¨ or att unders¨ oka vilka tester

som kunde vara l¨ ampliga f¨ or den tillg¨ angliga datan utf¨ ordes Shapiro-Wilks test f¨ or

normalf¨ ordelning. D˚ a viss data f¨ or metallhalt i inkommande vatten till reningsver- ket inte var normalf¨ ordelad (tabell A.2, bilaga 1) anv¨ andes ett icke-parametriskt korrelationstest, Kendalls τ. Testerna utf¨ordes i programmet R-studio.

3.5 MODELLERING AV KUNGS ¨ ANGENS RENINGSVERK

F¨ or att besvara den andra fr˚ agest¨ allningen har grundmodellen f¨ or Kungs¨ angens re- ningsverk kompletterats med en modell f¨ or metallavskiljning i aktivslamprocessen av Cloutier m. fl. (2009) och en modell f¨ or att ber¨ akna f¨ ordelningen mellan l¨ osta och bundna metaller konstruerad av Wang m. fl. (2006). Grundmodellen med data fr˚ an 2015 till 2016 hade tidigare validerats inom projektet ”Separation av tungmetaller i kommunal avloppsrening” (SMET). Mer information om detta ˚ aterfinns i bilaga 2.

3.5.1 Avgr¨ ansningar

Endast avskiljning av tungmetallen koppar har modellerats d˚ a det i grundmodellen endast fanns m¨ ojlighet att inkludera ett ytterligare ¨ amne i l¨ ost form och ett ¨ amne i partikul¨ ar form. Koppar valdes d˚ a halten visade p˚ a en ¨ okande trend ¨ over tid i slam- met. Att inte kadmium eller kvicksilver, som anses vara mer h¨ alsofarliga metaller, valdes berodde p˚ a att m˚ anga uppm¨ atta halter f¨ or kadmium i utg˚ aende renat vatten var under detektionsgr¨ ansen och f¨ or kvicksilver p˚ a grund av att metallen aldrig mo- dellerats tidigare, d˚ a det ansetts mer komplicerat p˚ a grund av dess flyktighet.

Trots att pH-f¨ orh˚ allanden visats p˚ averka avskiljningen av metaller i reningsverk i h¨ og grad inkluderades inte pH i modellen, f¨ orutom vid generering av indata. F¨ or metallen koppar har det i laboratorief¨ ors¨ ok visats att koppar binder till slampartiklar i mycket h¨ og grad f¨ or pH mellan 5 och 8 (Wang m. fl., 2000), s˚ aledes finns indikationer p˚ a att pH inte p˚ averkar kopparsorptionen i s˚ a h¨ og grad och den stora f¨ or¨ andring av grundmodellen som skulle kr¨ avas f¨ or att inkludera pH i modellen ans˚ ags inte vara befogad.

3.5.2 Grundmodellen – Benchmark simulation model 2G f¨ or Kungs¨ angens reningsverk

Benchmark simulation model 2G (BSM2G) f¨ or Kungs¨ angens reningsverk bygger p˚ a

BSM2G framtagen av Flores-Alsina m. fl. (2014). BSM2G k¨ ors i MATLAB Simu-

link och inkluderar bland annat oxidation av kol och nitrifikation/denitrifikation i

aktivslamprocessen samt nedbrytning av st¨ orre partiklar till makrof¨ odo¨ amnen och

hydrolys till socker och aminosyror i r¨ otprocessen. BSM2G inkluderar ¨ aven en dyna- misk simulering av lustgas- och koldioxidemissioner fr˚ an den biologiska reningen av avloppsvattnet samt fr˚ an r¨ otkammaren (˚ Amand m. fl., 2016). Indata och utdata fr˚ an modellen presenteras i tabell 8. Utdatan inkluderar koncentrationer av variablerna i tabell 8 f¨ or b˚ ade slam och utg˚ aende renat vatten fr˚ an reningsverket.

Tabell 8: Beskrivning av variabler som inkluderas i BSM2G

Variabel Enhet

S I L¨ ost inert organiskt material gCOD/m ³

S S L¨ attillg¨ angligt bionedbrytbart organiskt material gCOD/m ³

X I Partikul¨ art inert organiskt material gCOD/m ³

X s Sv˚ artillg¨ angligt bionedbrytbart organiskt material gCOD/m ³

X BH Aktiv heterotrof biomassa gCOD/m ³

X B A1 Aktiv autotrof biomassa (S _{N H} -oxidanter) gCOD/m ³ X P Partikul¨ ar produkt som uppkommer vid nedbrytninga av biomassa gCOD/m ³

S O Syre gCOD/m ³

S NO

Nitrat-kv¨ ave gN/m ³

S N H

Ammoniak och ammonium-kv¨ ave gN/m ³

S N D L¨ ost bionedbrytbart organiskt kv¨ ave gN/m ³

X N D Partikul¨ art bionedbrytbart organiskt kv¨ ave gN/m ³

S ALK Alkalinitet molHCO 3 /m ³

T SS Totalt suspenderat material gSS/m ³

Q Fl¨ ode m ³ /dag

T Temperatur ^o C

S NO

Nitrit-kv¨ ave gN/m ³

S NO Kv¨ aveoxid gN/m ³

S N

O Kv¨ avedioxid gN/m ³

S N

Kv¨ avgas gN/m ³

S B A2 Aktiv autotrof biomassa (S NO

-oxidanter) gCOD/m ³

I modellen BSM2G f¨ or Kungs¨ angens reningsverk har inert suspenderad substans (ISS) lagts till som en extravariabel. ISS kan vara material som sand eller salter (˚ Amand m. fl., 2016).

Modellen f¨ or Kungs¨ angsverket inkluderar en f¨ orsedimenteringsbass¨ ang, 12 stycken

bioreaktorer som ¨ ar uppdelande i tv˚ a parallella ”reningslinjer”, tv˚ a eftersedimen-

teringsbass¨ anger samt tv˚ a r¨ otkammare. En f¨ orenklad version av fl¨ odesv¨ agar och

reningssteg som inkluderats i modellen ges av figur 4.

Figur 4: F¨ orenklad version av BSM2G f¨ or Kungs¨ angens reningsverk. De orangea pilarna beskriver fl¨ oden som g˚ ar ut eller in fr˚ an reningsverket och den gr¨ ona texten beskriver fl¨ oden inom systemet. F¨ orkortningen ASP i figuren st˚ ar f¨ or aktivslampro- cess. Figuren ¨ ar konstruerad utifr˚ an ˚ Amand m. fl. (2016).

Det f¨ orsta avskiljningssteget f¨ or partikul¨ art material i grundmodellen ¨ ar f¨ orsedi- menteringen. I modellen antas att det inte sker n˚ agon avskiljning av l¨ osta suspen- derade ¨ amnen, vilket g¨ or att koncentrationen av suspenderade ¨ amnen ¨ ar samma i ing˚ aende och utg˚ aende fl¨ oden fr˚ an bass¨ angen (Otterpohl och Freund, 1992). Kemisk syref¨ orbrukning (COD) beskriver halten organiskt material i vatten (Nationalen- cyklopedin, u.˚ a.[a]). Avskiljningsgraden f¨ or partikul¨ art COD, η X , ges av ekvation 3 (Otterpohl och Freund, 1992).

η X = η COD

f X

(3) d¨ ar f X ¨ ar medelandelen partikul¨ art COD av den totala m¨ angden COD och η COD ¨ ar den totala avskiljningsgraden f¨ or COD. η COD definieras i ekvation 4

η COD = f corr · (2, 88 · f X − 0 , 118) · (1, 45 + 6, 15 · ln(t · 24 · 60)) (4) d¨ ar t ¨ ar den hydrauliska retentionstiden med enheten dagar och f corr ¨ ar korrigering av f¨ orsedimenteringsbass¨ angens verkningsgrad. I grundmodellen f¨ or Kungs¨ angens reningsverk ¨ ar defaultv¨ ardet f¨ or f _corr 0,8 och f¨ or f _X 0,6 (˚ Amand m. fl., 2016).

F¨ or partikul¨ art material, X, ¨ ar koncentrationen i prim¨ arslammet skild mot kon-

centrationen i det utg˚ aende vattnet till aktivslamanl¨ aggningen. Koncentrationen av

partikul¨ ara ¨ amnen i de b˚ ada fl¨ odena ges av ekvation 5 och 6 d¨ ar ekvation 5 be-

skriver koncentrationen i utg˚ aende vatten till aktivslamanl¨ aggningen och ekvation

6 utg˚ aende koncentration i prim¨ arslammet (Alex m. fl., 2008a, refererad i Bydell, 2013).

X ut =



1 − η X

100



· X _internt (5)

d¨ ar X internt ¨ ar koncentrationen av partikul¨ ara ¨ amnen i bass¨ angen med enhet mg/l, η X ¨ ar avskiljningsgraden av COD och X ut ¨ ar koncentrationen av partikul¨ ara ¨ amnen i utg˚ aende vatten fr˚ an f¨ orsedimenteringen till aktivslamanl¨ aggningen med enhet mg/l.

F¨ or¨ andringen av X internt beskrivs av en massbalans ¨ over bass¨ angen, d¨ ar det antagits att bass¨ angen ¨ ar totalomblandad. Ekvation 6 beskriver koncentrationen i utg˚ aende prim¨ arslam.

X ut,slam =

 η X

100 · T + 

1 − η X

100

 

· X _internt (6)

d¨ ar η X ¨ ar avskiljningsgraden av COD, T ¨ ar slammets f¨ ortjockningsfaktor, det vill s¨ aga inkommande fl¨ ode dividerat med slamfl¨ odet, X _internt ¨ ar koncentrationen av par- tikul¨ ara ¨ amnen i bass¨ angen och X _ut,slam ¨ ar koncentrationen av partikul¨ ara ¨ amnen i utg˚ aende slam fr˚ an f¨ orsedimenteringen till f¨ ortjockaren. Samtliga koncentrationer anges i enhet mg/l (Alex m. fl., 2008a, refererad i Bydell, 2013).

Det andra reningssteget f¨ or avloppsvattnet i modellen ¨ ar den biologiska reningen i form av en aktivslamprocess. F¨ or att modellera biologisk tillv¨ axt, biologisk nedbryt- ning, oxidation av organiskt material och nitrifikation/denitrifikation i den biologiska reningen inkluderas ”Activated Sludge Model for nitrogen” (ASMN) i grundmodel- len (˚ Amand m. fl., 2016). I ASMN modelleras nitrifikationen i tv˚ a steg (N H 4 → NO 2 → NO ₃ ) och denitrifikationen i fyra steg (NO 3 → NO ₂ → NO → N ₂ O → N 2 ).

Utdata fr˚ an ASMN ¨ ar bland annat partikul¨ art och l¨ ost organiskt material, ammo- nium, lustgas och nitrat (Hiatt och Grady, 2008).

I grundmodellen f¨ or Kungs¨ angens reningsverk best˚ ar den biologiska reningen av tv˚ a

parallella reningsstegslinjer med sex bioreaktorer och en efterf¨ oljande eftersedimen-

teringsbass¨ ang i vardera linje (figur 5) (˚ Amand m. fl., 2016).

Figur 5: F¨ orenklad version av aktiv slamanl¨ aggningen p˚ a Kungs¨ angens reningsverk.

De orangea pilarna beskriver fl¨ oden som g˚ ar ut eller in fr˚ an reningsverket och den gr¨ ona texten beskriver fl¨ oden inom systemet. Figuren ¨ ar konstruerad utifr˚ an ˚ Amand m. fl. (2016).

Eftersedimenteringsbass¨ angen i BSM2G f¨ or Kungs¨ angsverket best˚ ar av 10 horison- tella lager (figur 6). Det femte lagret ¨ ar ett s˚ a kallat ”inmatningslager”, d¨ ar vatten och slam fr˚ an den sista bioreaktorn matas in. Det har antagits att varje lager ¨ ar totalomblandat samt att inga biologiska reaktioner sker i bass¨ angen (Alex m. fl., 2008b).

Figur 6: Schematisk bild av eftersedimenteringsbass¨ angen i aktivslamprocessen.

3.5.3 Dataunderlag och datahantering

Grundmodellen (BSM2G) f¨ or Kungs¨ angens reningsverk ¨ ar kalibrerad av ˚ Amand

m. fl. (2016) utifr˚ an data fr˚ an ˚ ar 2013 till 2014. F¨ or detta arbete uppdaterades

grundmodellen med indata fr˚ an 2015 till 2016. Indata bestod av COD, BOD, N tot ,