Tim D. Evans, FCIWEM1, Per Andersson2, A SA Wievegg2 & Inge Carlsson2. 1Tim Evans Miljö, Stonecroft, Ashtead, Storbritannien och 2Surahammars

Transkript

1 Surahammar: En studie av effekterna av installation av matavfall Kvarnar i 50% av hushållen Tim D. Evans, FCIWEM1, Per Andersson2, A SA Wievegg2 & Inge Carlsson2 1Tim Evans Miljö, Stonecroft, Ashtead, Storbritannien och 2Surahammars KommunalTeknik AB, Surahammar, Sverige Korrespondens Tim D. Evans, Tim Evans miljö, Stonecroft, Park Lane, Ashtead KT21 1EU, Storbritannien. E-post: tim@timevansenvironment.com doi: /j x Abstrakt Denna uppsats recenserar 15 år av påverkan på reningsverk, mätdata för att bedöma effekten av att installera avfallskvarnar och hur dessa effekter går att jämföra med publicerad vetenskaplig litteratur. För första gången har det varit möjligt att bedöma i full skala belastning och kostnad vid överföring från fast avfall till avloppsvatten i ledningen. Inom en period på 10 år valde 50% av hushållen i staden Surahammar i Sverige att ha matavfallskvarn installerad för att hantera sitt matavfall köket. Avloppet från hushållen går till ett enda reningsverk som omfattar rensgaller, primär sedimentering, aktivt slam, följt av kemiska fosfat tillsatser och mesofil rötning. Avloppsnäten är separata men med bräddavlopp diameter och gradienter av avlopp är NORMAL. Denna uppsats granskar inflödet och biogas.

2 2 år innan installationen startas och 10 år efter. Detta ger en unik möjlighet att kontrollera publicerad forskning på avfallskvarnar. Den operativa övervakningen av data är i överensstämmelse med den redan publicerade forskningen som visar att matavfallskvarnar har liten eller ingen påverkan på vatten användning, stopp i avlopp, skadedjur eller reningsverk. Biogasanläggningen producerade 46% mer biogas än innan matavfallskvarnarna var installerade. Det fanns ingen signifikant ökning av hydraulisk belastning, eller belastning av BOD7, COD, N eller NH4. Som ett resultat av Surahammar övergripande avfallsstrategi, inte bara avfallskvarnar, utan den mängd av avfall till deponi från kommunen har också minskat från 3600 ton / år 1996 till 1400 ton / år under Inledning Europeiska unionen har beslutat sig för att minska deponi utsläpp av metan (en klimatförändrande gas med en global uppvärmningspotential 25 gånger högre än för koldioxid, IPCC 2007) skall medlemsstaterna skicka mindre biologiskt nedbrytbart kommunalt avfall till deponi. Om deponering av avfall Direktiv (CEC 1999) fastställt mål som kan deponeras jämfört med det belopp som deponeras under 1995, referensåret. Dessa minskningar (till 75, 50 och 35% av referensen viktbaserat) ska uppnås genom särskilda måldatum som

3 är respektive 2006, 2009 och 2016 för de flesta medlemsstaterna Surahammar valde (1997) att erbjuda sina medborgare differentiella avgifter för insamlingen av avfall samt ett system för kartong, glas, metall och plast (dvs drop-off platser dit invånarna tar dessa material). Policyn har varit effektiv i att den mängd av avfall till deponi från kommunen har minskat från 3600 ton/år 1996 till 1400 ton/år under Hushåll som köpt egna auktoriserade kompostbehållare betalade ingenting för mat insamling av avfall, eftersom de inte hade något krav på Surahammars KommunalTeknik AB (SKT). Den högsta avgiften var för hushåll som valde fastighetsnära insamling brun tunna vilken var försedd med hjul och tömdes varje vecka eller två gånger i veckan vid varmt väder. Det tredje alternativet var en 8-årigt avtal för att hyra en i-diskhon matavfallskvarn från SKT. SKT driver avfallshantering, vattenförsörjning, avlopp, vedeldad elgenerering och fjärrvärme i Surahammar Kommun. Det är ett företag helägt av kommunen. För att kvalificera sig för leasingkontraktet, inspekterade SKT den ansluta fastigheten och det viktigaste avloppet med hjälp av intern-tv (CCTV). Ibland avslöjade detta problem såsom brutna ledningar eller rot tillväxt in i rören. När rören var lämpliga, var den boende berättigad att få en matavfallskvarn installerad av kommunen som en del av ett 8-årigt hyresavtal, under vilken kommunen reparerar eventuella fel. Efter 8 år blir avfallskvarnen den boendes/fastighetsägarens egendom, vars sophämtning återgår till kompost, brun tunna eller så startar en ny 8-års period. Den ungefärliga årliga kostnader för hushållen är

4 693 kr. Föga förvånande med denna prisdifferentiering blev implementering av matavfallskvarnar snabb. Surahammar är en mellanstor kommun med 3700 hushåll, som alla rinner till ett enda reningsverk, att förvandlas snabbt från att ha ingen avfallskvarn till att ha avfallskvarn i 1100 hushåll. Detta är en sällsynt, om inte unik omständighet, ämnet för denna uppsats är den effekt på avlopp, reningsverk och biogasproduktion detta inneburit. Sanitära avlopp läggs med en lutning på 0,004-0,005. Haga reningsverk består av 3mm galler, grus / sand avveckling, primära sedimenteringsbassänger, luftning av aktivt slam, kemisk fällning av fosfor och mesofil rötning (AD). Luftning av det aktiva slammet styrs av löst syre. 15mg BOD7 / L och 0.5mgP / L, det finns ingen kväve gräns. Det rötade slammet förtjockas i torkutrymme och komposteras/torkas med gräs. Den resulterande jord-liknande biomullen går med lastbil till Västerås till en matjord-tillverkare. Även om det har skett en betydande forskning om avfallskvarnar och deras effekter, eftersom de uppfanns i USA år 1928, är vissa inom VA-kollektivet utan erfarenhet av matavfallskvarnar oroliga över deras införande. De fruktar ökade stopp i avloppet, problem vid bräddning, behandlingskostnader och ospecificerade problem vid driften av reningsverket. Ingen av den forskning, som har bedrivits i många länder, bekräftar dessa farhågor.

5 Övervakningen av data från Surahammar från åren tidigare och genom denna period av snabb installation av avfallskvarnar (1995 till idag) ger en unik möjlighet för att bedöma vad som händer i ett reningsverks upptagningsområde. År 1993 installerade SKT matavfallskvarn i 32 av 39 lägenheter i en bostadsrättsförening, de sju utan avfallskvarn var i en byggnad med egen dränering och blev referensen. Ledningarna spolades före installation och videofilmade. De filmades igen efter 1 och 2 år, vid bägge tillfällena såg man ingen förändring. I slutet av år 2 spolades avloppsledningarna igen, SKT drog slutsatsen att det inte fanns några märkbara skillnader i partiklar, slam eller fett. Nittiosex procent av invånarna var nöjda med sina avfallskvarnar. Sophämtningen minskade från tömning av sex 400 L kärl två gånger i veckan till att tömma tre kärl på 400 L en gång veckan. Vattenförbrukningen minskade med 25%, vilket SKT inte kunde tillskriva avfallskvarnarna men orsaken förblev oförklarad. På grundval av detta försök, beslöt kommunen att erbjuda avfallskvarn som ett av alternativen för avfallshantering. Installationer startade i maj Karlberg & Norin (1999) genomförde intensiv övervakning på Haga Reningsverk år 1998, då 30% av hushållen hade installerat avfallskvarn. De drog slutsatsen att de inte kunde mäta någon förändring i flödet, BOD7, P eller den el som förbrukas av motorer för turbo-blåsmaskiner för den aktiverade slamanläggning.

6 Det inkommande N hade minskat och biogas produktionen ökade. Karlberg & Norin (1999) drog slutsatsen att även om de uppmätta värdena inte visade på någon förändring i BOD7, hade mängden substrat för biogasproduktion ökat som en följd av installation av matavfallskvarnar och att det inte förekommit någon negativ effekt på reningsverk eller på avlopp. Vattenanvändning Varje gång de används spolas det med kallt vatten, det kyler motorn och transporterar matavfallet via ledningsnätet. Användning av dricksvatten förkroppsligar den energi som används för behandling och distribution och de potentiella effekterna på vattenresurserna. En detaljerad stratifierat undersökning i USA (Ketzenberger 1995) visade att avfallskvarnen har använts i cirka 15 s per start oberoende av antalet personer i hushåll, subjektivt, verkar detta vettigt (eftersom avfallskvarnens användning är kopplat till matlagning) och står för utbudet av rapporterad vattenanvändning uttryckt i liter per invånare. En studie gjordes i Staffanstorp i ett område med avfallskvarnar i 100 lägenheter (155 vuxna och 56 barn), den tid den användes per start var 38 s (Nilsson et al. 1990). Per capita var vattenanvändningen 13 L /dag mindre under de 11 månader efter det att avfallskvarnarna hade installerats än 6 månader innan installation, men som Karlberg & Norin (1999) Nilsson et al. (1990) drog slutsatsen skulle det inte vara lämpligt att tillskriva detta direkt till att avfallskvarnarna hade installerats. Jones (1990) i Kanada kunde inte upptäcka någon större volym vatten per capita som används där avfallskvarnar hade installerats och avslutade att påverkan på vattenanvändningen var inte signifikant.

7 Endast i ett fåtal studier har man faktiskt mätt vattenanvändning i samband med avfallskvarnar i drift och de har hittat uppgifter allt från en minskning efter avfallskvarnar hade installerats (Jones 1990, Nilsson et al 1990;. Karlberg & Norin 1999) till 0,29 l / person och dag (stora familjer) till 6,4 l / person och dag. Ytterligheterna i värdena är förmodligen avvikelser. En studie från New York City Department of Environmental Protection (NYDEP 1999), som genomfördes beslöt att ändra reglerna om installation av matavfallskvarn, är förmodligen den största fältstudie som någonsin genomförts. Det gällde 514 lägenheter med avfallskvarn jämfört med 535 lägenheter utan avfallskvarn, de delades in i fyra orter för att spegla en del av stadens mångfald. Det involverade 2014 personer totalt, dvs 1,92 personer per lägenhet. Rapporten drog slutsatsen att genomsnittlig vattenanvändning hänförlig till FWD var 3,6 L / person och dag. Det samlade resultatet av NYDEP studien var att 18-års förbud av installation av avfallskvarn i New York City inte motiverats på vetenskapliga grunder och det togs bort. Avlopp Avloppssystem är konstruerade för att ta bort avloppsvattnet för att förebygga urbana översvämningar och sjukdomar, den rördiameter och gradienter är utformade så att flödeshastigheten säkerställer ett långsiktigt självrensande. Under perioder då flödeshastighet är låg, kan fasta ämnen bli kvar men de bör slamma upp då flödeshastigheten ökar. Design standard för "Självrensande system" ligger i spannet från 0.48 till 0,9 m / s (Ashley et al. 2004). I fältstudier av avfallskvarnar finner man inga signifikanta ansamlingar i avloppssystemet. Under dagtid när avfallskvarnar används har man ofta ett högt flöde (Nilsson et al. 1990)

8 (Kegebein et al. 2001). Kegebein och kollegor använde två blandningar av livsmedel och avfallet från universitetets cafeteria, fann de att 40-50% av produktionen i en avfallskvarn var 0.5mm och 98% var 0.2mm genom siktanalys. Samtliga partiklar passerar ett 5mm såll. De största partiklarna var fragment av sallads blad. Det som kommer ut ur avfallskvarnen var mycket finfördelat och mycket biologiskt nedbrytbart. FOG (fett, olja och fett) är ett problem i avlopps-verksamheten, det kan minska kapaciteten för avlopp och även blockera dem, FOG kan fastna även inne i pumpar och får dem att överhettas om det inte avlägsnas. Det verkar som om FOG genomgår kemisk omvandling som ökar dess hårdhet och styrka. Fält Vatten och Miljö Journal (2010)? C 2010 författarna. Vatten och Miljö tidning? C CIWEM. 3 T. D. Evans et al. Surahammar: en fallstudie om avfallskvarnar har i studier visat att avfallskvarnen inte ökar FOG, man konstaterar att beståndsdelarna i FOG smälter samman på de malda partiklarna av matavfallet i det kalla vattnet och spolas ut i ledningen. De är därför inte lätt för FOG att stelna på avloppslednings ytorna. de Koning & Graff (1996) drog slutsatsen att det inte finns några tecken på att avfallskvarnar ökar i FOG ledningar. (K. M. Keener, pers. Komm., 2009).

9 Råttor En viktig fråga är om avfallskvarnar i avlopp kommer att öka antalet råttor. En talesman för den brittiska skadedjurskontroll Association (A. Meyer, Råttbekämpning Konsult, pers. komm., 2005) rekommenderar att installera avfallskvarnar då de förmodligen skulle vara till skada för råttor och definitivt inte fördelaktigt eftersom det finmalda matavfallet skulle vara mindre attraktivt för avloppsråttor än omalet avfall. Meyer sade att det råder osäkerhet om hur råttor hittar mat i avlopp, som är mörka, men råttor har setts ösa korn, etc. ur flödet. Alltid finns det identifierbar mat som sockermajs, korn i sand eller rens, dessa bitar måste varit tillräckligt stora för att kunna ätas av råttor. Men om de hade gått igenom en avfallskvarn, blir partiklarna så små, och därmed inte kan identifieras av råttor; matrester 0.2mm är oätbart för råttor. Meyer sade att råttor kan använda kloakerna huvudsakligen som tillflykt och får det mesta av sin föda på ytan från soptunnor, etc. Det finns liknande fynd i UKWIR (2000). Centraliserad kompostering har en relativt låg miljöprestanda vilken beror på den energiintensiva avfallshantering det kräver. Att genomföra en separat insamling och med transportsystem för organiskt avfall ger relativt hög miljöpåverkan grund av den höga frekvens av körningar och små mängder av organiskt avfall per hushåll... hemkompostering är klart det bästa alternativet när det gäller kategorier som undersöks i denna rapport men finns ett viktigt förbehåll till detta resultat. Om den sköts utan

10 vederbörlig omsorg, förlorar hemkompostering sin lockelse på grund av de höga utsläppen av växthusgaser som konsekvens av en anaerobmetanbildning. Även om hemkompostering har förmåga att vara det bästa alternativet för avfallshantering, kan det också vara det värsta. Evans (2007) visade att leverans av källsorterat matavfall via avfallskvarn och avlopp motsvarade fastighetsnära insamling och transport av sopbil på väg (170 kgco2 e / ton matavfall). Båda alternativen var bättre än kompostering, förbränning eller deponering av matavfall (14, 13 och 740 kgco2 e / ton matavfall, respektive). Det bör noteras att förbränning och deponering båda ingår energiåtervinning. Kompostering baserades på en undersökning av i-fartyg anläggningar i Nederländerna, men de var inte kompatibla med animaliska biprodukter Förordning (CEC, 2002) vilket skulle ha ökat energianvändning. (Med avseende på användning av avfallskvarnar) att det är främst organiskt material som redan finns i löst form som sönderfaller under transport i avloppssystemet, medan övriga partiklar inte bryts ned. Som ett Resultatet av Tendaj et al. (2008), vände Stockholm Vatten dess antipati till avfallskvarnar och nu uppmuntrar dem för att generera mer biogas till bränsle i stadens bussar, etc. Battistoni et al. (2007) rapporterade en fältstudie på Gagliole i centrala Italien, en by som avlopp till lokalt reningsverk. Trettiofem familjer (95 personer) beslutade att delta och ha en avfallskvarn, varav en också installerats i matsalen på den lokala skolan, vilket gav en total "faktor marknadspenetration" av ca 67%. Designen vid reningsverket förlängdes med luftning för kontroll av BOD och ammoniak, det ändrades för att ta bort N och P av suppleanter. Battistoni och kollegor övervakade processen i reningsverket under

11 275 dagar: 96 före och 179 efter avfallskvarnarna installerades. Den kemisk-fysikaliska karakteriseringen av reningsverkets inflöde, avloppsvatten och aktivt slam bestämdes två gånger i veckan på ett dagligt genomsnittsprov. Video inspektion fann ingen sedimentation även i ett långt avloppsrör där lutningen bara var 0,001. Det dagliga flödet (hydraulisk belastning / användning av vatten) förändrades inte. Battistoni et al. (2007) fann att det var svårt att särskilja effekterna av avfallskvarnarnas belastning. Avfallskvarnen hade ingen mätbar effekt på energiförbrukningen i reningsverket men de fann en bättre tillgänglighet av biologiskt nedbrytbart kol som kan optimera användningen av nitrogenbundet syre och därmed spara energi. Slutsatsen är att för en stad med invånare, avfallskvarnen skulle ha en återbetalningstid på endast 4 år jämfört med fastighetsnära insamling. Thomas (2010) analyserade utdata från ett antal avfallskvarnar i Surahammar, dock från ett mycket litet urval av indata med matavfall (18 volontärer på två separata veckor). Studien tog inte hänsyn till i-avlopp processer. Metoder Mellan 11 januari 1995 och 1 april 2009, 180 prover av inflödet samlades in på Haga Reningsverk, man tog prov i över 742 veckor. Prover togs efter 3mm rensgaller och innan primär sedimentering. Proverna var inte filtrerade före analys. Generellt var prover tagna på onsdagar (åtta tisdag, 165 onsdag, fem torsdag och två fredag). Avloppsvatten-prover 24-h kompositer samlades in varje 2 veckor. Proverna analyserades för BOD7 och COD med SS EN (1998), totalt fosfor med hjälp av SS-EN ISO 6878 (2005), total-n med hjälp av SS-EN ISO (1997) (modifierad) och SS (1976) (modifierad) och ammoniumkväve (NH4) -kväve med hjälp av SS-EN ISO (2005) (modifierad).

12 Resultat och diskussion Karlberg & Norin (1999) rapporterade att avfallskvarn-installationen började i maj 1997 och att senast i oktober 1998, så hade 1100 hushåll en avfallskvarn installerad (30% av det totala antalet hushåll i kommunen). I juni 2008, hade andelen hushåll med avfallskvarn ökat till 50%. Pest kontroll entreprenör för Surahammar observerade att det har varit råttproblem förknippade med vissa (Dåligt skötta) hemkomposter men inga problem i samband med avfallskvarnar. Vattenanvändning / hydraulisk belastning Även det dagliga flödet visade stora variationer (som man kan förvänta sig med regn, snösmältning och torka, etc.) det har varit försumbara förändringar i den övergripande trenden mellan januari 1995 och april Det genomsnittliga flödet var 4579m3/dag, med en skevhet på 2,44. Vatten och Miljö Journal (2010) C 2010 författarna. Vatten och Miljö tidning C CIWEM. 5 Flödet data är i överensstämmelse med slutsatserna från tidigare fältstudier att nettoeffekten på vattenanvändning i hushåll med avfallskvarn är försumbar och att den hydrauliska belastningen på avlopps och reningsverk är försumbar eller ej mätbara. (Januari 1999-april 2009) var den genomsnittliga belastningen 381 kgbod7/dag, skillnaden är inte statistiskt signifikant (P = 0,27). Utvecklingen i COD-belastning liknade BOD, som är 1084 kg COD / dygn innan avfallskvarnar har installerats och 1062 kg COD / dygn efter den första vågen av anläggningar fram till 2009, är skillnaden inte statistiskt signifikant (P = 0,43).

13 Det har skett en progressiv ökning av mängden biogas som produceras mesofilt från hushåll som har installerat avfallskvarn. Biogasproduktion mättes kontinuerligt av en gasflödesmätare. De första fyra datapunkter (1995, 1996, 1997 och 1998) är från Karlberg & Norin (1999), citerad som faktiskt genomsnitt för de fyra månaderna septemberdecember allomfattande eftersom dessa var de månader som genomgående hade få operativa oegentligheter (t ex underhåll, ventiler etc.). För att upprepa, rapporterade de att installationen startade i maj 1997 och i oktober 1998 hade 30% av hushållen installerade avfallskvarnar. Den biogas data som togs fram tyder på att halten av biogas substrat in i reningsverket ökat kraftigt Följande FWD installation. Eftersom BOD7 inte visade någon tydlig förändring, förmodligen därför att ytterligare substrat för biogasproduktion bestod av partiklar som bosatte sig i de primära sedimenteringsbassängerna. Den genomsnittliga biogasvolymen före maj 1997 var 331m3/dag, medan medelvärdet för var 447m3/dag, skillnaden är statistiskt signifikant (p = 0,002). Installationen av avfallskvarn i 50% av hushållen har haft en försumbar inverkan på den totala kvävebelastningen och NH4 i reningsverket. De medeltal som uppmättes innan avfallskvarnar installerades var 114mgN/dag och 74 kgnh4/dag, och för perioden , var de 108 mgn / dag och 67 kgnh4/dag (P = 0,19 och 0,06, respektive). Detta överensstämmer med Karlberg och Norin s iakttagelse över en betydligt kortare tidshorisont.