Effekten av ozonering och biologisk filtrering eller i kombination undersöktes för ett utgående avloppsvatten. Avskiljning av mikroföreningar med mer än 90 % utan ökad toxicitet kunde uppnås med biologiskt aktivtkol ensamt och ozonering i kombination med sandfiltrering.
Av: Bengt Andersson
Behandling med ozon och aktivt kol är vanliga metoder för avskiljning av organiska spårämnen (TrOC, trace organic contaminants) i ett utgående avloppsvatten. Med ozon uppnås en snabb nedbrytning beroende på bildandet av hydroxylradikaler. Däremot kan toxiska oxidationsprodukter bildas, som kan vara mera toxiska än moderföreningarna. Dessa biprodukter är emellertid oftast mera lättnedbrytbara och ett polersteg efter ozonering kan hindra utsläpp av toxiska biprodukter. Med aktivt kol erhålls inga biprodukter men är generellt ett dyrare alternativ än ozonering.
Olika tekniker för biologisk filtrering baserade på olika huvudprinciper föreslås i denna studie i form av biobädd (TF, trickling filtration), långsam sandfilter (SSF, slow sand filtration) och biologiskt aktivt kol (BAC, biological activated carbon). SSF och BAC är processer helt nedsänkta i vatten med både anoxiska och anaeroba förhållanden i de nedre delarna och BAC har dessutom ytterligare en fördel genom adsorption. TF bygger på strilning av vatten över en yta med biologisk påväxt och har inte tidigare undersökts för polering efter ozonering. Möjligheten till övervakning och styrning av kompletterande processer är viktig och mätning av UVA254 har utnyttjats med framgång för kontroll av ozondosering men aldrig för efterbehandlingsprocesser.
Syftet med refererad studie var att utvärdera tekniker för att uppnå en hög avskiljning av TrOC och för att minska icke-selektiv toxicitet genom filtrering efter ozonering.
Genomförande
Försöken utfördes under två månader med ett utgående vatten från ett avloppsreningsverk i Belgien. Hälften av flödet behandlades genom ozonering med en dosering av 4,2 mg O3/l. Andra hälften utnyttjades direkt utan behandling. Ozonbehandlat vatten och utgående vatten behandlades parallellt i tre olika biologiska filter (TF med lavasten med en stenstorlek mellan 8 och 18 mm, SSF med sand av en kornstorlek mellan 0,4 och 0,8 mm och BAC med en kornstorlek mellan 0,4 och 1,7 mm). Anläggningarna belastades under 6 veckor innan provtagning. Ingen spikning av TrOC gjordes under försöken.
Analyser gjordes av kväve- och fosforfraktioner, konduktivitet och pH, COD och BOD5, UV-absorption vid olika våglängd och 35 läkemedel. Toxiciteten bestämdes genom BioTox, som använder en frystorkad bioluminicerande marin bakterie Vibrio fischeri.
Som kontrollstrategi användes sambandet mellan DUVA254 och DTrOC både för ozonering ensamt och i kombination med olika filtrering. Överensstämmelsen mellan uppmätta TrOC och predikterade mätningar med UVA utvärderades genom t-test, där nollhypotesen förkastas om p>0,05, och genom TIC (Theil’s inequality coefficient) med ett värde mindre än 0,3 som indikator för en bra överensstämmelse.
Resultat
Endast 18 läkemedel kunde kvantifieras i halter mellan 2 och 506 ng/l. Ingen avskiljning erhölls för 10 resp. 9 TrOC vid filtrering med TF resp. SSF. Avskiljningen av de flesta övriga TrOC var lägre än eller mycket lägre än 60 %. Filtrering med BAC gav en hög avskiljning av samtliga TrOC. Halten TrOC var under detektionsgränsen för 13 ämnen och för övriga 5 ämnen varierade avskiljningsgraden mellan 82 och 98 %. Ozonering gav en bättre avskiljning än TF och SSF men inte så bra som BAC. För 10 läkemedel var avskiljningen högre än 80 % och för 7 ämnen varierade avskiljningen mellan 17 och 64 %. Nalidixinsyra avskildes inte alls genom ozonering. Sammantaget gav TF och SSF ingen reduktion av den summerade TrOC-koncentrationen medan ozonering och BAC ökade avskiljningen till mer än 90 resp. 99 %.
Endast små differenser i toxicitet efter filtrering kunde noteras. Efter BAC erhölls en något mindre toxicitet än i inkommande vatten. Ozonering ökade toxiciteten och BOD5/COD-förhållandet och en efterbehandling erfordras.
En kombination av ozon och filtrering gav en ökad avskiljning av TrOC efter SSF medan TF eller BAC inte gav någon ökad avskiljning. BAC som ensam process gav en högre avskiljning än kombinationen ozonering och BAC, vilket troligtvis berodde på att ozon ökar polariteten och hydrofiliciteten för TrOC med en lägre adsorption. Den ökade toxiciteten efter ozonering minskade med alla filtreringsteknikerna även om effekten av TF och BAC var liten. Toxiciteten minskade efter ozonering och SSF till nivån i inkommande vatten.
Vid ozonering erhölls en bra överensstämmelse mellan uppmätta och beräknade värden, vilket exemplifierades genom t-test (p>0,05) och TIC-värde (0,15). Överensstämmelsen blev sämre vid en kombinerad behandling men ändå tillräckligt bra för att kunna användas som en indikator.
Slutsatser
Försök med ozonering ensamt och i kombination med olika filtreringsteknik visade att
- filtreringstekniker baserade på biologisk nedbrytning (TF och SSF) var otillräckliga för avskiljning av TrOC som ensamma processer
- BAC kunde avskilja TrOC signifikant med mer än 99 % men erfordrade höga kostnader för fullskaleapplikationer
- ozonering gav en avskiljning av TrOC med mer än 90 % men ett efterbehandlingssteg erfordrades på grund av den ökade toxiciteten
- SSF efter ozonering kunde minska toxiciteten till samma nivå som i inkommande avloppsvatten
- mätning av UVA254 kunde beskriva avskiljningen av TrOC för ozonering medan sambandet för kombinerade processer var svagare
Källa: M. Chys, K. Demeestere, A.S. Ingabira, J. Dries, H. Van Langenhove, S.W.H. Van Hulle. Enhanced treatment of secondary municipal wastewater effluent: comparing (biological) filtration and ozonation in view of micropollutant removal, unselective effluent toxicity and the potential for real-time control. Water Science & Technology 76.1 2017, pp 236 – 246.
