En jämförelse av avskiljningen av organiska spårämnen i ett kommunalt avloppsvatten mellan processer med suspenderad biomassa, med fastväxande biomassa samt med en kombination av båda visade att den kombinerade processen gav bäst resultat med störst avskiljning och minst variation.
Av: Bengt Andersson
Intresset för och behovet av avskiljning av organiska svårnedbrytbara spårämnen vid rening av avloppsvatten är stort och studier av effekten av såväl konventionella reningsprocesser som avancerade oxidationsprocesser har genomförts. Vid jämförande studier av konventionella system och system med membranbioreaktorer (MBR) har det framkommit att MBR endast förbättrar avskiljningen marginellt genom en bättre avskiljning av suspenderat material.
Erfarenheter av avskiljning av organiska spårämnen i fastbäddsprocesser är emellertid synnerligen begränsade. Syftet med refererad studie var att jämföra avskiljningen av organiska spårämnen i tre olika processer, samtliga med membran för avskiljning av suspenderade ämnen. Processerna utgjordes av MBR med suspenderad biomassa, MBMBR (moving bed MBR) med biomassa fast på ett bärarmaterial och IFAS-MBR (integrated fixed film activated sludge MBR) med biomassa både i suspenderad form och fast på ett bärarmaterial.
Genomförande av undersökningen
Studien genomfördes i pilotskala (2,3 m3/h) under 29 månader med kommunalt avloppsvatten från Almuñécar i provinsen Granada i Spanien. De första 12 och de sista 3 månaderna var pilotanläggningen utformad som en MBR, under 9 månader som en IFAS-MBR och under 5 månader som en MBMBR. Det kommunala avloppsreningsverket, som var utformat som en konventionell aktivtslamanläggning (CAS) med en slamålder av cirka 10 dygn, ingick även i den jämförande studien samt en pilotanläggning för omvänd osmos (RO) efter MBR-anläggningen.
Den hydrauliska uppehållstiden var 13 timmar för IFAS-MBR och MBR med en del av volymen anoxisk samt 6 timmar för MBMBR med hela volymen aerob. Slamåldern för MBR var 20 dygn och för IFAS-MBR 10 resp. 20 dygn under två olika perioder (7 resp. 2 månader). Den aeroba tanken fylldes till 50 % med rörligt bärarmaterial i IFAS-MBR och MBMBR. Membranen utgjordes av hålrumsmembran med en porstorlek av 0,01 mm.
Organiska spårämnen från olika ämnesgrupper analyserades i inkommande och utgående avloppsvatten. Av totalt 39 ämnen var 17 läkemedel (varav 4 hormoner), 4 sulfonater (LAS), 3 nonylfenoler (NPE), 1 ftalat (DEHP) och 14 polycykliska aromatiska kolväten (PAH).
Resultat
Samtliga processutformningar gav en god avskiljning av organiskt material med utgående COD-halter mellan 11 och 18 mg/l.
Under försöken kunde samtliga läkemedel utom estron detekteras med varierande halter. Ämnen med högst genomsnittlig halt var de antiinflammatoriska läkemedlen paracetamol (60 mg/l) och ibuprofen (25 mg/l). Koncentrationen av hormoner var låg (mellan 0,7 och 2,1 mg/l) men de är av stort intresse eftersom de har en påtagligt negativ effekt på omgivande vattenmiljö. Koncentrationen av LAS var väsentligt högre än av läkemedlen troligen beroende på förekomsten i tvättmedelsprodukter. Endast några PAH kunde detekteras och de flesta proven låg under detektionsgränsen.
Processutformningen med IFAS-MBR med en slamålder av 20 dygn gav bäst avskiljning av organiska spårämnen med 72 % i genomsnitt och avskiljningen uppvisade de lägsta variationerna. Driftförhållanden påverkade resultatet och en lägre avskiljningsgrad erhölls vid en slamålder av 10 dygn. De goda resultaten med IFAS förklarades av närvaron av både suspenderad och fastväxande biomassa med olika förhållanden (aeroba – anoxiska – anaeroba) och av en lång slamålder i biofilmen, som medförde att mikrobiologin anpassades till att bryta ned de organiska spårämnena.
En utformning med MBR med suspenderad bakteriekultur gav en genomsnittlig avskiljning av 64 %. Lägst avskiljning cirka 50 % uppnåddes med MBMBR med enbart fastväxande bakteriekultur, vilket förklarades av mindre mängd biomassa och kortare hydraulisk uppehållstid. I fullskaleanläggningen med CAS uppnåddes en avskiljning, som var något lägre än i MBR.
Alla ämnesgrupper avskildes effektivt med reduktioner mellan 60 och mer än 90 % utom vad gäller nonylfenoler och DEHP, där avskiljningen endast uppgick till mellan 10 och 30 %. Genom omvänd osmos kunde avskiljningen förbättras till mellan 95 och 100 % utom för nonylfenol och DEHP, där avskiljningen begränsades till mellan 70 och 80 %.
För IFAS-MBR erhölls en avskiljningsgrad på över 90 % för läkemedel, LAS och PAH samt på 100 % för hormoner och processen är ett intressant alternativ för avskiljning av organiska spårämnen i avloppsvatten.
Slutsatser
Studien visade att
- bäst avskiljning av organiska spårämnen uppnåddes i IFAS-MBR med en reduktion över 90 % för alla grupper av organiska spårämnen utom för nonylfenol och DEHP, där reduktionen uppgick till mellan 20 och 30 %
- genom komplettering med omvänd osmos kunde avskiljningen ökas till över 95 % utom för nonylfenol och DEHP, där reduktionen begränsades till mellan 70 och 80 % samt
- driftförhållandena hade betydelse och en minskad slamålder i IFAS-MBR från 20 till 10 dygn gav lägre avskiljning
Källa: T. de la Torre, E. Alonso, J.L. Santos, C. Rodriguez, M.A. Gómez, J.J. Malfeito. Trace organics removal using three membrane bioreactor configurations: MBR, IFAS-MBR and MBMBR. Water Science & Technology 71.5 (2015) pp 761 – 768.
