Försedimentering som hållbarhetsmått för nybyggda ren

Av: Bengt Andersson

I Nederländerna kan 67 % av den globala uppvärmningspotentialen i vattensektorn hänföras till avloppsvattenreningen beroende på en hög förbrukning av energi. Målet är att göra sektorn energineutral före år 2020. Av detta skäl gjordes en extensiv studie vid utformningen av ett nytt avloppsreningsverk för Weesp, där hänsyn inte bara togs till de ekonomiska aspekterna utan även till koldioxidavtrycket. 

Olika tillämpningar med ett aktivtslamsystem baserat på UCT-processen (University of Cap Town) övervägdes, ett alternativ med och ett utan försedimentering. Normalt byggs försedimenteringsbassänger vid stora och medelstora avloppsreningsverk och mellan 50 och 70 % av det partikulära materialet i avloppsvattnet avskiljs. Fördelarna är mindre luftningsbassänger, mindre luftbehov för den biologiska reningen och ett primärslam med en hög metangaspotential. Genom den bättre energibalansen utgör försedimentering normalt en hållbar process. 

Nackdelarna är emellertid höga investerings- och underhållskostnader för bl.a. bassänger av betong, mekanisk utrustning och slampumpar. Med nya möjligheter kan emellertid alternativa val göras. Luftningsutrustning är t.ex. idag mer effektiv än tidigare. Metoder för annan hållbar energiproduktion som vindkraft och solpaneler är mycket billigare idag än tidigare och deras andel av den totala energimixen växer, vilket gör att energin både blir billigare och mera hållbar.

Syftet med refererad studie var att värdera om kostnaderna för implementering av försedimenteringsbassänger kan konkurrera med andra hållbara lösningar för produktion  av energi med t.ex. solpaneler.

Genomförande

Det nya avloppsreningsverket i Weesp skall utformas för en kapacitet för 46 000 PE och det inkluderar biologisk P-avskiljning. Det förtjockade slammet transporteras till en central anläggning i Amsterdam omkring 33 km från Weesp. Alternativ 1 avsåg en UCT-anläggning utan försedimentering och alternativ 2 med försedimentering. Parametrar för inkommande avloppsvatten och för reningsverket erhölls från en stationär modell från STOWA.

Investeringskostnaden för de två alternativen beräknades med hjälp av ett standardsystem för kostnadsuppskattningar (CROW), som även inkluderade beräkning av de årliga kostnaderna. Det totala energibehovet beräknades från bruttoenergibehovet för de tekniska processerna och från energiproduktionen av biogas från slammet vid den centrala anläggningen i Amsterdam. Beräkningen av det årliga koldioxidavtrycket baserades på nettoenergibehovet, på armerad betong för byggnationen, på användning av kemikalier och på slamtransporten. Faktorer för CO_{2ekvivalenter} hämtades från databasen Ecoinvent. Direkta emissioner av CO₂, CH₄ och N₂O från den biologiska reningsprocessen beaktades inte vid beräkningarna.

Kostnaderna för energiproduktion med solpaneler inhämtades från litteraturreferenser, som indikerade 0,033 €/kWh resp. 0,125 €/kWh med resp. utan bidrag med ett hållbarhetspris av 0,059 resp. 0,225 €/kg CO₂.

Resultat

Beräknade investeringskostnader för de båda alternativen uppgick till 22,9 resp. 26,1 M€ för alternativ 1 resp. 2 utan och med försedimentering och de årliga kostnaderna beräknades till 2,6 resp. 2,9 M€/år. Nettoenergibehovet uppgick till 706 resp. 275 MWh/år och koldioxidavtrycket beräknades till 560 resp. 310 t CO₂/år. 

Som förväntats var alternativ 1 billigare men det gav ett större koldioxidavtryck dvs. det var mindre hållbart. Ett pris för den högre hållbarheten beräknades genom att dividera skillnaden i årliga kostnader för alternativen med skillnaden i årligt koldioxidavtryck. Kostnaden uppgick till 1,40 €/kg CO₂. På motsvarande sätt erhölls ett värde på 0,83 €/kWh genom att dividera skillnaden i årliga kostnader med skillnaden i årligt nettoenergibehov. En jämförelse av beräknade värden och kostnaderna för solenergi utan bidrag visade att värdena är mycket höga, vilket innebar att det är mycket billigare att uppnå samma grad av hållbarhet genom att matcha energiskillnaden med solpaneler än att bygga försedimenteringsbassänger.

För att erhålla en indikation om ekonomins skalberoende gjordes samma beräkningar för en anläggning dimensionerad för 500 000 PE med samma karakteristika. Motsvarande beräkningar som för den mindre anläggningen visade att kostnaden per besparad CO₂ resp. kWh blev 0,92 €/kg CO₂ resp. 0,55€/kWh. Värdena minskade för en större anläggning men var fortfarande mycket högre än nyckeltalen för solpaneler. En extrapolering av data visade att försedimentering inte kan förväntas bli mer fördelaktig än solpaneler oavsett skala på anläggningen i Nederländerna. Även med en känslighetsanalys, där alla parametrar ändrades för att favorisera försedimentering, blev försedimentering ett dyrare alternativ än solpaneler.

Resultatet från studien är specifikt för Weesp både vad avser hydrauliska förhållanden, belastningar, slamkarakteristik, priser m.m. Andra tillämpningar måste göras med försiktighet där aktuella förhållanden beaktas. Det är även så att om solpaneler av någon anledning inte är aktuella för att matcha koldioxidavtrycket kan försedimentering ändå vara förnuftigt att bygga om målet är att minska koldioxidavtrycket.

Slutsatser

En beräkning av kostnaderna för en utbyggnad av ett nytt avloppsreningsverk med en UCT-process utan eller med försedimentering visade att

Källa: S. Georgi, B.A.H. Reitsma, H.J.F. van Fulpen, R.W.P. Berg, M. Bechger. Primary sedimentation as a sustainable measure for newly built municipal wastewater treatment plants: too expensive? Water Science & Technology 78.7 (2018), pp 1597 – 1602.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.