Nedbrytning av spårämnen samt bakteriell inaktivering och risk för återväxt i utgående avloppsvatten: påverkan av föregående behandling på effektiviteten av några avancerade oxidationsprocesser I refererad studie visas att nedbrytningen av toxiska spårämnen och desinfektion genom olika avancerade oxidationsprocesser påverkas av föregående behandling av avloppsvattnet och att exponeringstiden för avskiljning spårämnen är avgörande vid UV-behandling och för bakteriell inaktivering vid Fentonbehandling.
Av: Bengt Andersson
På många håll ställs krav på desinfektion av utgående avloppsvatten innan utsläpp till recipienten. Klorering var förr den vanligaste metoden men en negativ effekt på grund av risken för bildning av trihalometaner har medfört att andra avancerade oxidationsprocesser (AOP) istället har utvecklats. UV-behandling eventuellt i kombination med tillsats av väteperoxid eller ozon är en väl beprövad och undersökt teknik. Andra AOP-tekniker baserade på fotoprocesser i kombination med tillsats av järn och väteperoxid (foto-Fenton processer) har även kommit till användning och särskilt intresse finns för utnyttjandet av solenergin i utvecklingsländer. AOP utnyttjas även för avskiljning av toxiska spårämnen och en kombination av desinfektion för inaktivering av mikroorganismer (MO) och avskiljning av organiska toxiska spårämnen (MP, micropollutants) ligger nära till hands.
Syftet med refererad studie var att jämföra effektiviteten av 5 olika AOP för desinfektion och avskiljning av MP och att jämföra risken för återväxt av MO vid behandling av tre utgående avloppsvatten av olika kvalitet.
Genomförande
Försöken genomfördes i laboratorieskala med avloppsvatten från Vidy avloppsreningsverk i Lausanne, Schweiz. Verket är uppbyggt med tre parallella linjer med olika processer, en aktivtslamprocess med 2 dygns slamålder (AS), en MBBR-process utformad för samtidig nitrifikation (MBBR) och en fysiokemisk process för direktfällning med järnklorid (CF).
Försöken delades in i två grupper, där den ena baserades på UV-behandling och den andra på Fentonbehandling. Vid UV-behandling genomfördes försök med enbart UV-bestrålning (UVC) och med UV och tillsats av väteperoxid (UVC/H2O2). Vid Fentonbehandling genomfördes försök med enbart artificiell solbestrålning (SOLAR), med Fenton med tillsats av järn2+ och väteperoxid (Fenton) och med foto-Fenton med ljusbestrålning och kemikalietillsats (photo-Fenton).
Utgående avloppsvatten från de tre linjerna samt efter försedimenteringen samlades upp under 6 kampanjer. Provtagning och analys genomfördes efter olika exponeringstid vid behandlingen i AOP. Bestämning av antalet kolonier av MO (CFU/ml) gjordes genom odling på icke-selektiva Agarplattor (PCA). 8 olika MP valdes ut för studien och avskiljningen beräknades som ett viktat medelvärde för samtliga ämnen.
Resultat
Utgående avloppsvattenskvalitet påverkade resultatet både vad avser avskiljningen av MP, reduktionen av MO och minskningen av risken för återväxt av MO. Utgående kvalitet förbättrades generellt i ordningen CF < AS < MBBR och effekten av AOP förbättrades i samma ordning. Valda tröskelvärden för lägsta avskiljning vid jämförelsen var 3-log inaktivering av MO och 80 % avskiljning av MP.
En hög avskiljning av MO med enbart UVC uppnåddes redan efter 5 minuters exponeringstid medan en exponeringstid av 30 minuter (något kortare för MBBR) erfordrades för att uppnå en tillräcklig avskiljning av MP. Risken för bakteriell återväxt kunde elimineras efter 5 resp. 10 minuters exponeringstid för MBBR resp. AS medan erforderlig tid för CF extrapolerades till cirka 30 minuter. För UVC/H2O2 minskade erforderlig tid för fullständig avskiljning av MO till 2,5 resp. 5 minuter för MBBR resp. AS och CF. Erforderlig tid för eliminering av risken för bakteriell återväxt uppgick till 2,5, 5 resp. 10 minuter och vid dessa tider erhölls även en hög avskiljning av MP (> 85 %).
För Fenton och SOLAR erfordrades en behandlingstid av cirka 6 timmar för att uppnå en tillräcklig avskiljning av MP och då uppfylldes även kravet på eliminering av den bakteriella återväxten. Photo-Fenton uppvisade en lovande potential och efter 2 timmar var behandling av MBBR och AS så gott som bakteriellt säker med en avskiljning av MP högre än 80 %. Efter 3 timmars exponeringstid hade risken för bakteriell återväxt eliminerats för samtliga avloppsvatten.
Eftersom ett utgående avloppsvatten innehåller både MP och MO är det naturligt att värdera strategin för att säkerställa en adekvat avskiljning av båda. Resultaten visade att om processer med UV-behandling utformades för erforderlig avskiljning av MP uppfylldes även kraven på avskiljning av MO och på eliminering av risken för bakteriell återväxt. Med Fentonbaserade processer var däremot reduktionen av MO avgörande för utformningen.
Avloppsvattenkvalitetens påverkan på resultatet är komplex och beror av många olika faktorer, där vattnets innehåll av organiskt och partikulärt material samt transmittens endast är några exempel. För applikationer i fullskala konstaterades att en biologisk behandling bör föregå applikationen av AOP för ett tillfredsställande resultat.
Slutsatser
Genomförd studie visade att
- en samtidig avskiljning av MP och inaktivering av MO kunde uppnås med UVC och med Fenton
- erforderlig exponeringstid för avskiljning av MP var avgörande vid UVC och för inaktivering av MO vid Fenton
- risken för bakteriell återväxt kunde elimineras genom en exponeringstid utöver tiden för inaktivering av MO vid UVC samt genom en optimering av kemikalietillsatsen vid Fenton
- avloppsvattnets kvalitet påverkade resultatet och en biologisk behandling bör föregå en avancerad oxidationsprocess för tillfredsställande resultat
Källa: S. Giannakis, M. Voumard, D. Grandjean, A. Magnet, L.F. de Alencastro, C. Pulgarin. Micropollutant degradation, bacterial inactivation and regrowth risk in wastewater effluents: Influence of the secondary (pre)treatment on the efficiency of Advanced Oxidation Processes. Water Research 102 (2016), pp 505 – 515.
