Membranbioreaktorer ger ett utgående avloppsvatten av hög kvalitet och de har därigenom blivit intressanta som reningsprocess speciellt för mindre3 anläggningar, där återanvändning av det renade avloppsvattnet eftersträvas. Vid återanvändning av det renade avloppsvattnet finns även krav på innehållet av organiska spårämnen.
Av: Bengt Andersson
Runt om i världen finns ett stort intresse för membranbioreaktorer för avloppsvattenrening. En membranbioreaktor är uppbyggd som en kombination av en konventionell aktivtslamprocess och av membranmoduler för mikrofiltrering/ultrafiltrering i stället för sedimenteringsbassänger. Utgående avloppsvatten från processen har en hög kvalitet jämfört med en konventionell aktivslamanläggning samtidigt som anläggningen ger ett litet fotavtryck som gör processen intressant för små anläggningar med målsättning att återanvända avloppsvattnet.
Vid återanvändning av utgående avloppsvatten är det speciellt angeläget att uppmärksamma avloppsvattnets innehåll av organiska spårämnen. En ökad oro finns generellt för förekomsten av organiska spårämnen i kommunala avloppsvatten eftersom vissa ämnen är kända för att ha endokrina rubbningseffekter på vattenorganismer vid låga koncentrationer och andra för att vara akuttoxiska. Det är viktigt att öka kunskapen om vad som händer med ämnena i en reningsanläggning för att kunna uppskatta riskerna vid återanvändning av avloppsvattnet.
Studien
Refererad studie genomfördes i en membranbioraktoranläggning i fullskala i New South Wales, Australien. Anläggningen består av fingaller (3 mm), bioreaktortank, två parallella nedsänkta membranmoduler och en UV-enhet för desinfektion. Slamåldern uppgick till 10 – 15 dygn, den hydrauliska uppehållstiden till cirka 1 dygn och slamkoncentrationen i reaktortanken till 7,5 – 8,5 g/l. Bioreaktorn luftades intermittent för att uppnå en simultan nitrifikation och denitrifikation. Membranmodulerna består av fibermembran med en effektiv porstorlek av 0,1 – 0,2 mm. Membranen rengjordes med luft i korta regelbundna cykler samt genom dosering av kemikalier var tredje vecka. Utgående avloppsvatten innehöll i genomsnitt 14,9 mg DOC/L, 0,10 mg NH3/L, 1,9 mg tot-N/L och 2,7 mg tot-P/L och det användes för bevattning.
I studien undersöktes avskiljningen av ett paket av 48 organiska spårämnen som inkluderade ämnesgrupperna steroida hormoner, xenoöstrogener, pesticider, läkemedel och personliga hygienprodukter. Steroida hormoner bestämdes med hjälp av gaskromatografi och övriga ämnen med hjälp av vätskekromatografi.
Resultat
I gruppen steroida hormoner finns både androgener och östrogener och samtliga 5 ämnen analyserade i gruppen androgener och 3 av 7 ämnen i gruppen östrogener fanns i detekterbara halter i inkommande avloppsvatten. Androgener fanns i högre koncentration än östrogener och halten av androgener uppgick till mellan 100 och 6000 ng/L medan halten av östrogener uppgick till mellan 50 och 1000 ng/L. Samtliga steroida hormoner avskildes effektivt i membranbioreaktorn med en avskiljningsgrad av mellan 97 och 100 %. Avskiljningsmekanismerna var i huvudsak adsorption och biologisk nedbrytning.
I övriga grupper av ämnen analyserades 36 ämnen varav 12 ämnen, där 10 var läkemedel och 2 pesticider, fanns i halter lägre än detektionsgränsen.
I gruppen xenoöstrogener fanns två ämnen, bisfenol A och propylparaben, i halter av 500 – 700 ng/L i inkommande avloppsvatten. De avskildes effektiv i membranbioreaktorn och avskiljningsgraden var närmare 100 %.
I gruppen läkemedel återfanns 4 ämnen i inkommande avloppsvatten i doser mellan 20 och 60 mg/L (ibuprofen, metmorfin, naproxen och paracetamol) och samtliga avskildes effektivt till nästan 100 % i huvudsak genom nedbrytning och sorption till biomassan. 3 ämnen återfanns i koncentrationer av omkring 500 ng/L och för två av ämnena (carbamazepin och diclofenac) var avskiljningsgraden lägre än 50 %. 5 ämnen återfanns i halter läge än 100 ng/L och här var avskiljningsgraden låg (cirka 40 %) för ett av ämnena (diazepam).
Bland övriga analyserade ämnen återfanns ett insektsmedel (DEET) och två antibakteriella medel (triclosan och trimetoprim) i en halt av drygt 1 mg/L. Avskiljningsgraden var hög utom för trimetoprim, som endast avskildes till cirka 30 %. Koffeinhalten i inkommande avloppsvatten uppmättes till cirka 40 mg/L och avskiljningsgraden var hög i membranbioreaktorn.
Trots en hög avskiljningsgrad kunde 10 av 48 ämnen detekteras i utgående avloppsvatten. Estron var den enda steroida hormonen med en halt av 1,5 ng/L. Metformin återfanns i högst koncentration (3,3 mg/L). För en grupp av 8 ämnen var halten mellan 66 och 230 ng/L och här återfanns bland andra carbamazepin och diclofenac. För en annan grupp av 8 ämnen var halten mellan 6,2 och 21,6 ng/L och här återfanns bland andra koffein, DEET och triclosan.
Några ämnen avskildes sämre i reningsprocessen och av dessa är carbamazepin, diazepam och trimetoprim persistenta ämnen som är svårnedbrytbara och som har en svag adsorption till biomassa. Ämnen med lägre avskiljningsgrad utgör potentiella indikatorer för att bedöma membranbioreaktorns prestanda eftersom de anses känsliga för processförändringar för membranbioreaktorn.
Slutsatser
Genom studien konstaterades att avskiljningen av organiska spårämnen var hög för de flesta analyserade ämnen med en avskiljningsgrad överstigande 90 %. För 9 ämnen var avskiljningen dock endast mellan 24 och 68 % och dessa ämnen är potentiella indikatorer för bedömning av membranbioreaktorns prestanda eftersom de vanligtvis är känsliga för förändringar av driften och processen. Halterna i utgående avloppsvatten var mellan 1 och 6 gånger lägre än riktvärdena i Australien för recirkulering av avloppsvatten.
Källa: T Trinh, B van den Akker, R.M Stuetz, H.M Coleman, P Le-Clech, S.J Khan. Removal of Trace Organic Chemical Contaminants by a Membrane Bioreactor. Water Science & Technology 66.9 (2012) pp 1856 – 1863.
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.
