Membranbioreaktorer kan ge en hög avskiljning av läkemedelsrester enligt många studier. En bra förbehandling är viktig för att undvika igenomsättning av membranen. Flotation skulle kunna vara en intressant applikation som förbehandling.
Av: Bengt Andersson
Det genomförs många studier och undersökningar av avskiljning av läkemedelsrester i avloppsvatten idag med olika reningsteknologier. Avskiljningsgraden för en del substanser är hög medan andra substanser avskiljs i mindre grad. En god avskiljning av läkemedelsrester kan uppnås i en konventionell aktivtslamanläggning. Avancerade oxidationsprocesser som ozonbehandling har ibland visat sig vara en än mer lovande teknik liksom teknologier med membranbioreaktorer. Vid användning av membranbioreaktorer är det viktigt med en väl fungerande förbehandling för att undvika igensättning av membranen.
Försökens genomförande
Försök med en process med flotation, MBR och ozonoxidation genomfördes i en liten pilotanläggning placerad vid avloppsreningsverket i Ulsan, Korea. Avsikten var att undersöka avskiljningen av läkemedelsrester i processen. Avloppsvatten till pilotanläggningen togs ut från reningsverket efter galler.
Flotationsprocessen valdes som förbehandling före MBR-processen. Flotation ger en hög avskiljning av partikulärt material och inte minst av olja och fett som gör processen intressant i denna applikation. Ingen koagulant tillsattes under försöken.
Den biologiska anläggningen bestod av en anoxtank och en aerobtank med en total hydraulisk uppehållstid av cirka 8 timmar. Slamhalten i anoxtanken uppgick till 5 á 6 g/l och i aerobtanken till 7 á 8 g/l och slamåldern uppgick till cirka 30 dygn. Recirkulationsgraden från aerobtanken till anoxtanken var cirka 200 %.
Membranen applicerades i aerobtanken och de var utförda av PVDF (polyvinylidenfluorid) med en porstorlek av 0,3 – 0,4 mm. Driften var cyklisk med 7 minuters drift och 3 minuters vila och med spolning med tryckluft under 2 minuter efter 24 timmars drift. Aerobtanken luftades kontinuerligt.
Tillsats av ozon i olika koncentration skedde efter MBR-processen genom diffusorer av sten.
Provtagning från inkommande vatten och vatten efter varje reningssteg genomfördes och analyser gjordes av konventionella parametrar.
Fem olika vanligt förekommande läkemedel valdes i studien (bezafibrat, fenoprofen, ibuprofen, ketoprofen och naproxen). Under studien initierades högre halter av läkemedlen i form av spikar vid tre olika tillfällen (februari, april och augusti) som komplement för att bestämma avskiljningsgraden eftersom inkommande halter var låga.
Resultat
Försöksanläggningen var i drift i knappt ett år. Föroreningshalterna i inkommande avloppsvatten motsvarar ett typiskt kommunalt avloppsvatten. Utgående halter var låga (genomsnittshalter 13 mg COD/l, < 1 mg BOD/l, 12 mg total-N/l, 1,4 mg total-P/l och 1 mg SS/l) och avskiljningsgraden hög, där flotationen svarade för avskiljning av en stor andel av det partikulära materialet (cirka 80 %).
Halten av läkemedel i inkommande avloppsvatten var låg men med stora variationer (bezafibrat 0,032 – 0,215 mg/l, fenoprofen ej detekterad (N.D.), ibuprofen N.D. – 3,471 mg/l, ketoprofen N.D. – 0,270 mg/l och naproxen 0,145 – 0,835 mg/l).
Tre test gjordes där läkemedel tillsattes inkommande vatten så att en koncentrationstopp erhölls. Det första testet genomfördes i februari månad. Avloppsvattentemperaturen var cirka 5 oC och halten i spiken 15 mg/l, vilket var mycket högt i förhållande till inkommande halter. Avskiljningsgraden över MBR-processen blev 50, 90, 96, 66 resp. 92 % för de fem läkemedlen (ordning som ovan). I det andra testet i april där avloppsvattentemperaturen var 15 oC var halten i spiken lägre (cirka 5,0 mg/l av ibuprofen och mellan 2 och 3 mg/l av övriga ämnen). Avskiljningsgraden blev högre med värden 90, 98, 99, 100 och 80 %. Ketoprofen kunde inte detekteras i utgående vatten efter MBR, vilket skulle innebära en 100 %-ig avskiljning, men är troligen ett analysfel. Avskiljningen av läkemedel över flotationsanläggningen var försumbar.
I det tredje testet, som genomfördes i augusti med en vattentemperatur av 25 oC, var halterna mellan 5 och 7 mg/l i spiken. Här uppnåddes i det närmaste fullständig avskiljning av samtliga läkemedel över MBR-processen och det goda resultatet kunde troligtvis förklaras av den höga temperaturen i avloppsvattnet.
Ozon tillsattes efter MBR-processen vid de tre testperioderna. I det första testet var halterna av läkemedel efter MBR relativt höga beroende på den höga initierade spiken. Två olika doser av ozon undersöktes (2 resp. 4 mg/l). En avskiljningsgrad mellan 10 och 40 % uppnåddes med en ozondosering av 4 mg/l, vilket innebar en förekomst av läkemedel även efter ozonbehandlingen. I det andra testet undersöktes doserna 3, 5 resp. 8 mg ozon/l och även om halterna före ozondoseringen var väsentligt lägre än i det första testet kunde ozonbehandling inte eliminera läkemedlen helt. I det tredje testet var halterna av läkemedel mycket låga efter MBR-processen.
Slutsatser
En reningsprocess med flotation och membranbioreaktor gav en stabil och hög avskiljning av COD (96 %), BOD (> 99 %), total-N (70 %), total-P (78 %) och SS (> 99 %) vid rening av ett kommunalt avloppsvatten. Flotationsprocessen svarade för en stor del av avskiljningen av partikulärt material även utan tillsats av koagulant.
Avskiljningen av fem utvalda och vanligen förekommande läkemedel undersöktes genom spiktester, där koncentrationen ökades kraftigt. Avskiljningsgraden varierade beroende på avloppsvattnets temperatur och koncentrationen i initierad spik. Resultatet visade att mellan 50 och 99 % av läkemedlen avskildes i MBR-processen beroende på läkemedelstyp. Avloppsvattentemperaturen hade eventuellt en stor effekt på resultatet.
Förekomst av läkemedelsrester även efter ozonbehandling konstaterades särskilt då halterna efter MBR-processen var höga.
Ingen värdering gjordes av flotationsprocessen eventuella fördelar som förbehandlingsprocess.
Källa: M. Choi, D.W. Choi, J.Y. Lee, Y.S. Kim, B.S. Kim, B.H. Lee. Removal of pharmaceutical residue in municipal wastewater by DAF (dissolved air flotation) – MBR (membrane bioreactor) and ozone oxidation. Water Science & Technology 66.10 (2012) pp 2546 – 2555.
Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.
