För att bidra till en minskad klimatpåverkan kan reningsverk för biologisk närsaltavskiljning göras självförsörjande på elenergi genom rätt processval. Ett exempel är avloppsreningsverket i Wien, som från och med år 2020 kommer att kunna producera omkring 20 % mer elenergi än behovet.
Av: Bengt Andersson
Ett numera allmänt accepterat mål för teknisk utveckling av avloppsreningsverk för biologisk närsaltavskiljning är att göra verken självförsörjande på eller t.o.m. nettoproducenter av elenergi. Den viktigaste drivkraften för investeringar för en hög självförsörjningsgrad av elenergi är att kunna bidra till en minskad klimatpåverkan genom mindre utsläppen av fossil koldioxid.
Genom en teoretisk betraktelse och från fullskaleerfarenheter är energiinnehållet i den organiska fraktionen i ett kommunalt avloppsvatten oftast tillräckligt högt för att uppnå en självförsörjning av elenergi. En förutsättning för detta är ett processval, där förbrukningen av elenergi för luftning minimeras och där avskiljningen av organiskt material i hög grad kan ske genom adsorption till slammet och bakteriell tillväxt. Genom anaerob rötning av slammet kan elenergi utvinnas via producerad biogas.
Refererad artikel beskriver hur det stora avloppsreningsverket i Wien håller på att utvecklas till en anläggning för nettoproduktion av elektrisk energi. Historiskt har utvecklingen av avloppsreningsverket baserats på ett unikt samarbete mellan huvudmannen för VA-verksamheten, Wiens tekniska universitet och olika privata konsultföretag. Inför varje utbyggnad har noggranna teoretiska betraktelser, omfattande pilotskaleförsök och insamling av erfarenheter från driften gjorts. Vidare har dynamiska modeller för hela verket tagits fram och kalibrerats med fullskaledata från verket.
Avloppsreningsverket i Wien
Den första etappen av avloppsreningsverket i Wien byggdes i slutet av 1960-talet i form av en högbelastad anläggning för avskiljning av mer än 70 % organiskt material med en belastning motsvarande 3,2 miljoner P.E. och en hydraulisk maximal kapacitet av 12 m3/s för den biologiska reningen. Idéer om självförsörjning av elenergi fanns redan då med rötning av primär- och överskottsslammet och utnyttjande av biogasen i gasmotorer för elenergiproduktion. Slammet disponerades inledningsvis på åkermark men svårigheter att upprätthålla en långsiktigt hållbar disponering medförde att slamförbränning infördes 1976.
I slutet av 1990-talet ändrades de österrikiska utsläppskraven med strängare krav på avskiljning av organiskt material samt krav på avskiljning av fosfor och kväve både i form av totalkväve och av ammoniumkväve. För att uppnå de ökade reningskraven och en ökad hydraulisk kapacitet gjordes en utbyggnad, som togs i drift 2005, och vid val av processutformningen eftersträvades att verket skulle kunna utvecklas till självförsörjande på elenergi.
Vald processlösning blev en tvåstegs aktivtslamprocess, där den befintliga anläggningen behölls intakt som ett första AS-steg med en komplettering med ett nytt andra AS-steg utformat för 4 miljoner P.E. och en maximal hydraulisk kapacitet av 18 m3/s. Slamåldern i första steget var cirka 1 dygn så att avskilt COD i huvudsak adsorberades till slammet medan slamåldern i det andra steget var cirka 12 dygn så att en stabil nitrifikation kunde uppnås. Överskottsslammet från det andra steget överfördes till det första steget och allt slam togs ut från det första steget. Olika driftstrategier var inbyggda i processutformningen för att vid varje belastningssituation kunna maximera kväveavskiljningen, upprätthålla en hög nitrifikation och att styra slamegenskaperna i det andra steget.
En jämförelse av tvåstegsprocessen och en traditionell enstegsprocess visade att med tvåstegsprocessen erfordrades drygt 30 % mindre bassängvolym, att det totala syrebehovet för kolnedbrytning och nitrifikation minskade med cirka 20 %, att mängden organiskt material i slammet till rötningen ökade med omkring 20 % och att biogasproduktionen ökade med omkring 40 %. Med en enstegsprocess kunde endast omkring 85 % av energibehovet återvinnas medan omkring 20 % mer elenergi än behovet kunde återvinnas med en tvåstegsprocess.
Efter omkring 5 års drift av det utbyggda verket togs ett nytt koncept fram för att slutligt göra verket till en energiproducent i stället för en energikonsument. För att uppnå målet påbörjades en ny uppgradering av anläggningen under 2015, där behovet var en energioptimering av slambehandlingen. Utbyggnaden omfattar anläggningar för nitritation av rejektvattnet, sex nya rötkammare, nya gasmotorer samt centrifuger för förtjockning av primär- och överskottsslam. Utbyggnaden kommer att tas i drift under år 2020.
Genom mekanisk förtjockning av primär- och överskottsslammet kan en TS-halt över 8 % uppnås, vilket medför en stabil drift av rötningsprocessen utan ammoniuminhibering. De nya rötkamrarna är 35 meter djupa och utformade med gasomrörning. Behandling av rejektvattnet, som innehåller cirka 25 % av inkommande kvävemängd, är utformad för partiell nitritation och med denitritation i det första aktivtslamsteget. Huvudsakliga skäl för processvalet var en kort uppstart, en tillförlitlig och enkel process, tillräckligt med lättillgängligt kol i det första AS-steget för full denitritation och en energibesparing för luftningen genom denitritation i det första steget med en högre syreöverföring i nitritationstanken. Det rötade slammet luftas före avvattningen för att minimera struvitbildningen i ledningarna för slam och rejektvatten och i centrifugerna. Slamförbränningsanläggningen behålls även fortsättningsvis i drift men förändras så att förbränning kommer att ske av rötslam istället för av råslam.
Slutsatser
Genom en systematisk utveckling av avloppsreningsverket i Wien kommer verket att bli en nettoproducent av elenergi år 2020 där omkring 20 % mer elenergi än behovet kommer att kunna produceras. Grundläggande faktorer för konceptet är
- en tvåstegs aktivtslamprocess för biologisk närsaltavskiljning, där elenergibehovet för luftning minimeras och avskiljning av COD genom adsorption till slamfasen maximeras för en ökad biogasproduktion
- en förbättrad anaerob rötning med konvertering av energin i biogasen till elenergi genom gasmotorer
- ett ytterligare minskat behov av elenergi för luftning då rejektvattnet efter nitritation används för denitritation i det första aktivtslamsteget
- allt uttag av överskottsslam sker från det första steget
- förbränning av rötat slam istället för förbränning av råslam
Källa: H. Kroiss, F. Klager. How to make a large nutrient removal plant energy self-sufficient. Latest upgrade of the Vienna Main Wastewater Treatment Plant (VMWWTP). Water Science & Technology 2018, 77.10, pp 2369 – 2376.
