Utvärdering av ozonering och biologisk efterbehandling i fullskala: avskiljning av mikroföroreningar och uppkomst av omvandlings- och oxidationsbiprodukter. Den första fullskaleanläggningen med ozonering och biologisk efterbehandling i Schweiz för att möta nya krav på minskning av mikroföroreningar har utvärderats och de 12 utvalda indikatorämnena kunde reduceras med mer än 80 % med en ozondos av 0,55 g O3/g DOC.
Av: Bengt Andersson
I Schweiz har en ny lagstiftning trätt i kraft i januari 2016, där utsläppen av mikroföroreningar (MP) från kommunala avloppsreningsverk skall minskas med mer än 80 % i genomsnitt för att uppnå en förbättrad ytvattenkvalitet. Inom 50 år skall 100 av totalt 700 befintliga avloppsreningsverk ha implementerat avancerad rening för minskning av MP. Uppföljning skall ske av 12 indikatorsubstanser, som normalt inte avskiljs vid konventionell rening. Adsorption genom pulverformigt aktivt kol (PAC) eller ozonering är reningstekniker som rekommenderas och som betraktas som kostnadseffektiva men även granulerat aktivt kol (GAC) har utvecklats som ett potentiellt alternativ.
Ozon reagerar snabbt med elektronrika delar som olefiner, tertiära aminer, tioetrar och aktiverande aromater och hydroxylradikaler bildade vid ozoneringen reagerar dessutom med alkaner, amider och deaktiverande aromater. Vid ozonering erfordras efterbehandling för att eliminera negativa ekotoxikologiska effekter genererade av biologiskt nedbrytbara omvandlingsprodukter (OTP) och oxidationsbiprodukter (OBP). OBP, som bildas då ozon och hydroxylradikaler reagerar med olika ämnen i vattenmatrisen, kan vara mer toxiska än OTP. Bromat och nitrosaminer (NDMA) är exempel på OBP, som är potentiellt humancancerogena och som måste ägnas särskild uppmärksamhet.
Syftet med refererad studie var att utvärdera resultatet från en fullskaleanläggning för avskiljning av MP med ozonering och biologisk efterbehandling i sandfilter (SF). Vid utvärderingen testades dessutom olika efterbehandlingsprocesser parallellt i pilotskala.
Genomförande
Studien genomfördes vid avloppsreningsverket i Neugut i Schweiz, ett verk dimensionerat för 150 000 p.e. Verket är uppbyggt med försedimentering, konventionell aktivtslamanläggning (SRT 13 dygn och HRT 18 timmar) och sandfiltrering. 2014 installerades en ozonanläggning med 6 reaktorer i serie mellan eftersedimenteringen och sandfiltren.
Som komplement till utvärderingen av fullskaleanläggningen testades 4 parallella pilotanläggningar för efterbehandling – MB (rörlig bädd med bärarmaterial), FB (fastbädd), GACfresh (aktivt kolfilter med nytt material) och GACloaded (aktivt kolfilter som innan försöken belastats med biologiskt behandlat avloppsvatten). Dessutom gjordes försök med ett GACfresh filter installerat direkt efter eftersedimenteringsbassängerna för en jämförelse med ozonering.
Försöken pågick i 10 månader med varierande provtagningsfrekvens och flera kampanjer gjordes med intensifierade provtagningsprogram. 51 toxiska ämnen analyserades (43 MP och 8 OTP), där de 12 indikatorämnena fanns med. Under en kampanj analyserades 550 kemikalier (240 läkemedel, 234 pesticider, 38 industrikemikalier och 60 biologiska omvandlingsprodukter) för att bekräfta resultatet. Dessutom gjordes analyser av bromid, bromat och NDMA.
Resultat
Ozonering av utgående avloppsvatten efter biologisk rening minskade innehållet av MP signifikant. Med en dosering av 0,55 g O3/g DOC kunde de 12 utvalda indikatorämnen minskas med över 80 %. Avskiljningen av 550 MP, som detekterats i inkommande avloppsvatten, uppgick i genomsnitt till mer än 79 %. Variationer i nitrithalt påverkade erforderlig dosering och med en reglering av ozondosen för att kompensera för varierande nitrithalt kunde erforderlig avskiljning uppnås med en lägre ozondos (0,4 g O3/g DOC).
Avsikten med biologisk efterbehandling var en avskiljning av nedbrytbara ämnen för att eliminera negativa ekotoxikologiska effekter skapade av ozoneringen. AOC ökade under ozoneringen och ökningen var knuten till nedbrytning av löst organiskt material. Nedbrytbara potentiellt toxiska ämnen bildades och dessa ämnen kan normalt avskiljas genom biologisk efterbehandling. Sandfiltrering (SF) gav störst avskiljning av AOC med 40 % medan MB och FB endast uppnådde en avskiljning av 13 – 17 %. Avskiljning av AOC var störst i GAC-filtren (mellan 57 och 72 % beroende på filtertyp).
Ingen ytterligare signifikant avskiljning av MP uppnåddes vid biologisk efterbehandling i SF, MB eller FB. En effektiv avskiljning av de flesta MP uppnåddes däremot med filtrering i GAC, även efter en genomströmning motsvarande 30000 bäddvolymer.
Två GACfresh filter testades dels med avloppsvatten efter ozonering dels med utgående avloppsvatten från aktivtslamanläggningen. Vid filtret belastat med vatten efter ozonering var genombrottet av DOC och MP senare än vid det andra filtret sannolikt beroende på ändrad sammansättning av det organiska materialet.
GACloaded filtret kunde avskilja flera ämnen upp till 50 000 bäddvolymer, vilket motsvarade en drifttid av cirka 2 år. Mekanismerna för detta var oklara men filtret kan ses som ett intressant alternativ till sandfiltrering för en förbättrad utgående vattenkvalitet.
Undersökta OTP avskildes inte vid biologisk efterbehandling beroende på att analyserade OTP uppenbart var mycket stabila föreningar. Halterna av OTP minskade vid ökad ozondosering. Endast GAC filtrering kunde avskilja OTP genom sorption upp till 30000 bäddvolymer, dock med en lägre effektivitet än avskiljningen av ursprungsämnena.
Två OBP, bromat och NDMA, bildades efter ozonering. Halterna av bromat och NDMA i utgående avloppsvatten var lägre än 5 mg/l resp. 30 ng/l vid en dosering av 0,55 g O3/g DOC. En signifikant avskiljning av NDMA erhölls vid samtliga efterbehandlingsprocesser (som lägst 41 % för FB och som högst 83 % för GAC). Bromat var däremot mycket stabil och avskildes inte genom biologisk efterbehandling. Förväntad koncentration av ämnena efter utspädning i recipienten med en faktor 20 var emellertid klart under de riktvärden, som finns för dricksvatten (10 mg/l för bromat och 10 ng/l för NDMA).
Slutsatser
En utvärdering av den första fullskaleanläggningen för ozonering och biologisk efterbehandling i Schweiz för att uppnå nya krav på avskiljning av MP visade att
- avskiljningen av 12 indikatorämnen översteg 80 % vid en dosering av 0,55 g O3/g DOC
- biologisk efterbehandling med SF, MB eller FB minskade AOC och NDMA medan ingen ökad avskiljning av MP eller OTP uppnåddes
- GAC filtrering efter ozonering kunde signifikant öka avskiljningen av MP, OTP och AOC
- behandling av biologiskt renat avloppsvatten med GAC var mindre effektiv än behandling med ozonering och efterbehandling
Källa: M. Bourgin, B. Beck, M. Boehler, E. Borowska, J. Fleiner, E. Salhi, R. Teichler, U. von Gunten, H. Siegrist, C.S. McArdell . Evaluation of a full-scale wastewater treatment plant upgraded with ozonation and biological post-treatments: Abatement of micropollutants, formation of transformation products and oxidation by-products. Water Research 129 (2018), pp 486 – 498.
