En systematisk genomgång av avskiljningen av mikroföroreningar vid biologisk rening baserad på ett omfattande datamaterial visade att en kombination av olika biologiska processer kan ge ett förbättrat resultat, dock endast för ett begränsat antal ämnen.
Av: Bengt Andersson
Det biologiska reningssteget vid kommunal avloppsvattenrening betraktas ofta som kritiskt för avskiljningen av organiska toxiska mikroföroreningar, där aspekter som slamålder, hydraulisk uppehållstid, nitrifikation, heterotrof aktivitet, redox, pH och suspenderad eller fastsittande biomassa har diskuterats. Nedbrytbarheten av organiska mikroföroreningar varierar från lätt till svår och identifiering av positiva och negativa avskiljningseffekter kan säkra utsläpp av lättnedbrytbara föreningar och hjälpa till att utveckla nya strategier för de mera svårnedbrytbara föreningarna.
För att skapa en mera allsidig förståelse för avskiljningen av organiska mikroföroreningar vid biologisk avloppsvattenrening finns behov av att utvidga studier av enkelsystem till studier av multisystem. Målet med refererad studie var att undersöka avskiljningen av 31 utvalda organiska mikroföroreningar i ett antal isolerade och kombinerade aeroba och anaeroba processcheman och härigenom uppskatta begränsningar och potential av reduktion av mikroföroreningar vid biologisk avloppsvattenrening.
Genomförande
Försöken genomfördes i laboratorieskala i två olika typer av reaktorer, där enklare reaktorer med en aktiv volym av 500 ml med magnetomrörare och grovblåsig luftning utnyttjades för satsvisa försök av kort varaktighet och där helautomatiserade reaktorer med en aktiv volym av 12 l utnyttjades för odling av biomassa och långtidsförsök. Reaktorerna drevs i olika processkombinationer med syntetiskt avloppsvatten eller med avloppsvatten från två tyska avloppsreningsverk med olika slamålder.
Ett aktivtslamsystem med två reaktorer (en huvudströms- och en sidoströmsreaktor), beskickades med syntetiskt avloppsvatten vid tre olika slamåldrar (SRT 25, 40 och 80 dygn). Nedbrytningshastigheten värderades satsvis i mindre reaktorer med slam från de tre huvudströmsreaktorerna efter 12 månaders drift, där mikroföroreningarna tillsattes momentant i början av försöket så att koncentrationen uppgick till mellan 1 och 5 mg/l samt 150 mg COD/l. Efter ytterligare 3 månader utfördes parallella försök med slam från reaktorn med 80 dygns SRT, där substrat tillfördes till den ena linje men inte till den andra.
Ett aktivtslamssystem med aerob efterbehandling testades med utgående avloppsvatten från Dübendorf WWTP för att utvärdera avskiljningen vid förhållanden med låga NH4-halter. Avloppsvattnet efterbehandlades i två seriekopplade reaktorer med bärarmaterial, som drevs anoxiskt/aerobt resp. aerobt.
Med syfte att studera påverkan av olika elektronacceptorer utfördes försök i tre parallella anaeroba reaktorer med bärarmaterial utan någon tillsats samt med tillsats av järn och av sulfat. Reaktorerna drevs som en biofilmsprocess vid HRT av 1 dygn samt som en hybrid biofilmsprocess vid HRT 12 dygn. Försöken utfördes med avloppsvatten från två olika reningsverk.
Slutligen gjordes försök i ett system med aktivtslam följt av anaerob efterbehandling för att belysa om avskiljningen av mikroföroreningar kunde ökas genom anaerob behandling med låg substrathalt. Tre reaktorer drevs i serie, där den första drevs aerobt/anoxiskt, den andra anoxiskt/anaerobt och den tredje anaerobt. I den andra och tredje reaktorn hade bärarmaterial applicerats. Den första reaktorn beskickades med ett försedimenterat avloppsvatten från reningsverket i Koblenz.
Resultat
Avskiljningen av mikroföroreningarna skedde genom biotisk eller i viss mån abiotisk transformering eftersom utvalda organiska mikroföroreningar i huvudsak var icke-flyktiga med låg sorption.
Trots att aktivtslamsystemet med tillsats av ett syntetiskt avloppsvatten varit i drift under 12 månader utan tillsats av mikroföroreningar skedde nedbrytningen direkt vid tillsatsen och långtidsexponering vid typiska koncentrationer i kommunalt avloppsvatten hade ingen avgörande betydelse för nedbrytningen. Ingen korrelation konstaterades mellan nedbrytningshastighet, kbio (l/g SS*d), och en slamålder varierande mellan 25 och 80 dygn. Modellering visade att nedbrytningshastigheten måste överstiga 1 l/g SS*d för en avskiljning av minst 80 %, vilket endast erhölls för 3 av de 20 studerade ämnena. För omkring hälften av ämnena var avskiljningsgraden mycket låg. Närvaro av organiskt material för biologisk tillväxt påverkade inte avskiljningen med undantag för trimetoprim, som hämmades helt, och för metoprolol och OH- carbamazepin, som hämmades delvis.
Försök med aktivtslam följt av aerob efterbehandling visade att efterbehandlingen hade en tämligen begränsad effekt på resultatet. Aciclovir, bezafibrat och acetaminofen avskildes fullständigt vid aerob rening medan diuron och diklofenak verkade kräva specifika förhållanden för den aeroba transformeringen, där nedbrytningen i aktivtslamsteget understeg 25 % medan avskiljningen i efterbehandlingen översteg 60 %. Trimetoprim avskildes även i hög grad vid efterbehandling.
En signifikant avskiljning av organiska mikroföroreningar med mer än 60 % vid anaerob rening uppnåddes endast för ett fåtal ämnen. Avskiljningsgraden var högre i systemet med järndosering även om förbättringen begränsades till 10 – 30 %.
Hypotesen att spektret av organiska mikroföroreningar, som är känsliga för biologisk nedbrytning i avloppsreningsverk, kan breddas genom att kombinera aeroba och anaeroba processer stämde endast för venlafaxin, diatrizoat och tramadol, där avskiljningen uppgick till mellan 65 och 90 % jämfört med mellan 10 och 20 % för aerob efterbehandling. Den ökade avskiljningen av diatrizoat respektive venlafaxin, vilka har en hög aerob persistens, berodde på demetylering och dejodering. Detta är dock inte praktiskt tillämpbart eftersom det erfordras en HRT av 14 d för att uppnå en avskiljning av 75 – 90 %.
Ett stort antal mikroföroreningar fanns kvar i oförändrad koncentration efter behandlingen och de måste betraktas som stabila i biologiska reningsprocesser. Det kunde även konstateras att vissa variationer i avskiljningen av mikroföroreningar vid biologisk rening är vare sig fullt förstådd eller förklarad av enkla processparametrar.
Slutsatser
Baserat på ett omfattande datamaterial från 15 olika biologiska reaktorer med mer än 10 år av total reaktordrift och på tillhörande analys av ett brett spektrum av organiska toxiska mikroföroreningar kunde konstateras
- att en slamålder längre än 25 dygn inte hade någon effekt på avskiljningen
- att en långtidsexponering av mikroföroreningar inte behövdes
- att en aerob efterbehandling gav en högre avskiljningsgrad framför allt för diuron, diklofenak och kodein
- att en anaerob efterbehandling gav en högre avskiljningsgrad framför allt för venlafaxin, diatrizoat och tramadol samt
- att ett stort antal mikroföroreningar var stabila och påverkades inte av någon biologisk behandling
Källa: P. Falås, A. Wick, S. Castronovo, J. Habermacher, T.A. Ternes, A. Joss. Tracing the limits of organic micropollutant removal in biological wastewater treatment. Water Research 95 (2016) pp 240 – 249.
