Nätverksträff BioFiAN 2018-10-03 Ryaverket, Göteborg Agenda 09:00-09:15 Drop in och frukost 09:15-09:45 Välkomna till BioFiAN! med Emma Nivert (Gryaab), Maria Piculell (AnoxKaldnes) och Karin Jönsson (LTH) 09:45-10:30 Biofilmsprocesser - då, nu och i framtiden med Jes la Cour Jansen (VA Teknik, LTH) 10:30-11:00 Påtår på tå 11:00-12:00 Kort och gott från nätverket, med bl.a. - 20 år av efterdenitrifikation hos VA SYD med Ivelina Dimitrova (VA SYD) - Sundets ARV en resa med ANITA Mox och IFAS med Anneli Chan Andersson (Sundets ARV) - ANITA Mox i Bromma med Hanna Gottås (Stockholm Vatten och Avfall) - Agnes III Pilotanläggning och doktorandprojekt med Elin Osiansson (Chalmers/SWR) 12:00-12:45 Lunch 12:45-14:15 Rundvandring på Ryaverket med Emma Nivert, Susanne Tumlin och Pierre Lindqvist (Gryaab) 14:15-15:15 Kort och gott utifrån - Energioptimering och styrning av MBBR/IFAS med Christian Rosén (AnoxKaldnes) - Biofilmens mikrobiologi med Frank Persson (Chalmers) - Nya biofilmsapplikationer - rening av mikroföroreningar med och utan PAC med Per Falås (VA Teknik, LTH) 15:15-15:30 Fika 15:30-16:15 Gruppdiskussion Önskemål och förväntningar på nätverket framöver 16:15-16:30 Sammanfattning och avslut
Nätverksträff BioFiAN 2018-10-03 Ryaverket, Göteborg Deltagare Chan Andersson Anneli Sundets reningsverk, Växjö Anneli.AnderssonChan@vaxjo.se 3 Dimitrova Ivelina VA SYD. Klagshamn ARV Ivelina.dimitrova@vasyd.se 3 Ekström Sara VA SYD, Sjölunda ARV sara.ekstrom@vasyd.se Enache Lucica Gryaab, Göteborg Lucica.enache@gryaab.se 4 Falås Per VA-teknik, LTH, Lund per.falas@chemeng.lth.se Gottås Hanna Stockholm Vatten och Avfall, hanna.gottas@svoa.se 1 Bromma reningsverk Hallin Staffan Ulricehamns Energi staffan.hallin@ueab.se 1 Johansson Andreas Skövde VA andreas.s.johansson@skovde.se 2 Jönsson Karin VA-teknik, LTH, Lund karin.jonsson@chemeng.lth.se 3 Karlsson Kjell Ulricehamns Energi kjell.karlsson@ueab.se 2 Kjellberg Anders Ulricehamns Energi anders.kjellberg@ueab.se 4 la Cour Jansen Jes VA-teknik, LTH, Lund jes.la_cour_jansen@chemeng.lth.se 1 Lindqvist Pierre Gryaab, Göteborg pierre.lindqvist@gryaab.se Murto Marika VA SYD, Sjölunda ARV marika.murto@vasyd.se 5 Nivert Emma Gryaab, Göteborg emma.nivert@gryaab.se Nunes Joana Gryaab, Göteborg Joana.nunes@gryaab.se 3 Osiansson Elin Chalmers/SWR, VA SYD elin.ossiansson@vasyd.se 2 Oulare Aly Stockholm Vatten och Avfall, aly.oulare@svoa.se 1 Bromma reningsverk Pehrsson Josefin Allingsås kommun, Tekniska josefin.pehrsson@alingsas.se 2 förvaltningen Persson Frank Vatten miljö teknik, Chalmers frank.persson@chalmers.se 2 Pettersson Jesper Tibro (Hjo, Tibro och Karlsborg) Jesper.pettersson@tibro.se 5 Piculell Maria AnoxKaldnes, Lund maria.piculell@anoxkaldnes.com Rosén Christian AnoxKaldnes, Lund christian.rosen@anoxkaldnes.com 1 Ström Marie Ulricehamns Energi marie.strom@ueab.se 5 Thylin Joachim Visby reningsverk joachim.thylin@gotland.se 4 Tumlin Susanne Gryaab, Göteborg susanne.tumlin@gryaab.se 4 Tykesson Eva AnoxKaldnes, Lund eva.tykesson@anoxkaldnes.com 5
Nätverksträff BioFiAN 2018-10-03 Ryaverket, Göteborg Gruppdiskussion - Önskemål och förväntningar på nätverket framöver Syfte? Vad vill du få ut av ett nätverk? Frågeställningar och utmaningar som nätverket skulle kunna arbeta med framöver? Målgrupp? Hur stort ska nätverket vara? Vilka processer/medlemmar? Upplägg? Antal träffar/år och när på året? Teman och platser att besöka? Hur mycket kan och vill du engagera dig? Hur ser den ideala ledningsgruppen ut?
TVÅ DECENNIER AV MBBR DRIFT Ivelina Dimitrova och Sara Ekström Processingenjörer
KORT OM VERKEN Klagshamn Fe 3+ Sjölunda etanol meta nol Fe 3+ 90 000 PE (75 000 PE) Utsläppskrav BOD 7, mg/l Tot-N, mg/l Tot-P, mg/l Klagshamn 10 10 (70% red) 0,3 Sjölunda 12 10 (70% red) 0,3 550 000 PE (350 000 PE)
MBBR DESIGN Parameter Klagshamn Sjölunda Total volym, m 3 1 100 6 300 Antal linjer/ reaktorer 2 6 Design temperatur, C 10 10 Specifik DN hastighet, g NOx-N/m 2 *d 1,7 1,2 DN kapacitet, kg/d 360 2 000 Kolkälla Etanol Metanol Max hydraulisk belastning, l/s 500 1 650 Fyllnadsgrad, % 36 50 Bärare K1* K1* Partikelavskiljning Sandfilter DAF *500 m 2 /m 3
UTGÅENDE KVÄVE ett resultat av driftstrategi Klagshamn Sjölunda N-tot ut verket NOx-N ut verket NH4-N ut verket
BELASTNING (gn/m 2.d) (gn/m 2.d)
NO X REDUKTION 60-65 % 10-15 % 80-85 %
Denitrification rate, (g NOx-N den. / m2*d) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Sjölunda Klagshamn 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Specific load, (g NOx-N/ m2*d)
SEPARATIONSSTEG 90 % 3-4 mg SS/l 6-11 mg SS/l
FOSFOR Nordeidet et al. 1994 Aspegren et al. 1998 Hanner et al. 2003 Täljemark et al. 2004 Mases et al. 2010
KOLKÄLLA
NITRIT Normal (mg/l) Peak conc. (mg/l) Sjölunda 1 4 Klagshamn 0.5-4 10 NOx-N influent, (kg/d) 3000 2000 1000 Klagshamn: NOx-N ÖVERBELASTNING Sjölunda: NOx-N 10 Klagshamn: NO2-N Sjölunda: NO2-N 800 8 600 6 4 2 NO2-N, (mg/l) NOx-N influent, (kg/d) 400 200 0 10 8 6 4 2 NO2-N, (mg/l) 0 2004-01-01 2005-01-01 2006-01-01 2007-01-01 2008-01-01 2009-01-01 Date 0 2004-01-01 2005-01-01 2006-01-01 2007-01-01 2008-01-01 2009-01-01 Date 0
NITRIT 8 8 Sjölunda: NO2-N Sjölunda: C/N Sjölunda: P/N 0,06 8 8 Sjölunda: NO2-N Sjölunda: C/N Sjölunda: P/N 0,06 C/N 6 4 2 NO2-N, (mg/l) 6 4 2 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 P/N C/NCOD brist 6 4 2 NO2-N, (mg/l) 6 4 2 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 P/N 0 0 0,00 2006-06-01 2006-09-01 2006-12-01 2007-03-01 2007-06-01 2007-09-01 Date 0 Fosforbrist 0 0,00 2004-09-01 2004-12-01 2005-03-01 2005-06-01 2005-09-01 Date
BIOFILM 1 :a zonen Sjölunda Klagshamn 13-19 mg NOx-N/l 17-28 mg NOx-N/l
BIOFILM 2 :a zonen Sjölunda Klagshamn
BÄRARNA Klagshamn mer slitna Sjölunda mer deformerade 36 % 50 %
KVANTITAV ANALYS BIOMASSA (mg/bärrare) Koncentration (kg SS/m3) Zon 1 Zon 2 Zon 1 Zon 2 Klagshamn 7,6 6,1 2,9 2,2 Sjölunda 4,9 2,9 2,5 1,4 Rusten et al., 1994, 1995, 1996. 2-5 kg SS/m3 Mosey et al, 1996-30 g COD /m2*d: kompakt biofilm begränsad antal protozoa - 10-15 g COD/ m2 *d: fluffig biofilm med ciliater/protozoa (Klagshamn) - <5 g COD/ m2 *d: fluffig biofilm med stalkade ciliater (Sjölunda)
SLUTSATSER Olika driftstategier p g a olika process layout: KLG- reducerar inte hela NOx-N mängden, sandfiltret bidrar till 10-15 % reduktion SJÖ- krävs låga NOx-N ut, COD begränsad, ingen denitrifikation i DAF Olika driftstategier p g a olika process layout: Val av kolkälla- pris, tillgång, hastighet Nitritbildning: Hög belastning, brist på COD och/eller P Fosforbrist: Krävs kontroll på fällningen Bärarna: OK skick efter 20 år. Skillnad i biofilmen (belastning, kolkälla) Val av poleringssteg: Stor skillnad
Sundets ARV en resa med ANITA Mox och IFAS Anneli Chan Andersson
Sundet WWTP resource recovery External Organic Material Purification Biogas for buses and cars CAMBI THP Fertilizer back to arable land Sludge liquor treatment
Utmaningar Ökad biogasproduktion och hygienisering Cambi termisk hydrolys förbehandling Förbättrad kväverening i befintliga volymer Hybas aktiv slam ANITA Mox rejektvattenbehandling
% SBR rejektvattenbehandling Belastning 2006-2009 174 kg tot-n/d (155 kg NH 4 -N/d) Reduktion 30% tot-n och 70% NH 4 -N 2030 uppskattad belastning 430 kg N/d Kvävereduktion SBR Nitrifikation Tot-N reduktion 350m 3 350m 3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2004-01-14 2005-05-28 2006-10-10 2008-02-22 2009-07-06
ANITA Mox process Autotrof kväverening genom anaerob ammonium oxidation (anammox) En-stegsprocess med bärare biofilmen fixar två miljöer Mindre syre krävs Ingen dosering kolkälla
Finblåsigt membransystem bytte alla membran Installerade två STAMO omvandlare 137 m 3 nya Anox TM K5 bärare Efter 3 veckor 20 m 3 ympade bärare Uppstartsstrategi intermittent luftning och ph Installation av on-line instrument NH4-N och NO3-N
% - reducering Anita Mox resultat kwh/kg N Ympning med AnitaMox-bärare (12%) = snabb uppstart med hög reduktion direkt Jämn reduktion och allt rejekt behandlas (högre reduktion än utlovat ) Fortfarande lågbelastat jämfört med design Reduktion samt effektivitet Energiåtgång Total Kväve Amomonium 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Ammoniumreduktion: 89% (75%) Totalkvävereduktion: 80% (65%) Energiåtgång: ca 1 kwh/kg N bort N 2 O emissioner: 0.75% av N bort
Införande av termisk hydrolys CAMBI på Sundet 2014/15 Rejekts karaktär har förändrats Spädning av rejektet innan behandling i ANITAMoxen Hämmande ämnen?!
Anita Mox design och utfall Unit Design 2012/13 2014 2015 Volume m 3 350 295 297 297 Flow m 3 /d 300 157 150 119 Temp. o C >25 31 28 30 Tot-N kg/d mg/l 320 1,433 137 922 138 947 149 1,254 NH 4 mg N/L 1,430 850 903 1,059 TSS mg/l 400 660 670 844 ph 6.8-7.5 8.1 8.3 O 2 0.5-1.5 mg O 2 /L 1.2 1.8
kg N/d oc 200 Belastning (kg N/d) Temperatur (oc) 35 180 160 140 30 25 120 100 80 20 15 60 40 20 10 5 0 Medel 2012 Medel 2013 Medel 2014 Medel 2015 Medel 2016 Medel 2017 IFAS försök (medel) 0
Försök med IFAS start maj 2018 Sedimentationsvolym installerad ovanpå reaktorn Utgående vatten leds upp och får sedimentera En del slam tas tillbaka, vattenfas leds till sandfång Kombination aktivt slam (AOB och NOB) och bärare (AOB och anammox)
% reduktion kwh/kg N bort 100% 80% Kvävereduktion och energiåtgång %red tot-n %red tot-nh4 kwh/kg-n 2,5 2,0 60% 40% 20% 1,5 1,0 0,5 0% Medel 2012 Medel 2013 Medel 2014 Medel 2015 Medel 2016 Medel 2017 IFAS försök (medel) 0,0
mg/l 8000 Susp genom IFAS Susp utj. Susp ink. Susp reaktor Susp återföring Susp utg. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 400 0 2018-04-30 2018-05-20 2018-06-09 2018-06-29 2018-07-19 2018-08-08 2018-08-28 2018-09-17 2018-10-07 2018-10-27
mg/l Totalkväve genom IFAS Tot-N utj. Tot-N utj.filt Tot-N ink. Tot-N ink.filt. Tot-N reaktor Tot-N utg. Tot-N utg.filt. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2018-04-302018-05-202018-06-092018-06-292018-07-192018-08-082018-08-282018-09-172018-10-072018-10-27
Ammonium genom IFAS NH4-N utj. NH4-N ink. NH4-N reaktor NH4-N utg. 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2018-04-30 2018-05-20 2018-06-09 2018-06-29 2018-07-19 2018-08-08 2018-08-28 2018-09-17 2018-10-07 2018-10-27
Nitrat genom IFAS 140 NO3 ink. NO3 reaktor NO3 utg. 120 100 80 60 40 20 0 2018-04-302018-05-202018-06-092018-06-292018-07-192018-08-082018-08-282018-09-172018-10-072018-10-27
mg/l jan-14 apr-14 jul-14 okt-14 jan-15 apr-15 Organiskt i rejektutjämningen jul-15 okt-15 jan-16 apr-16 jul-16 okt-16 jan-17 apr-17 jul-17 okt-17 jan-18 apr-18 jul-18 okt-18 3500 3000 2500 BOD7 TOC VFA Susp Rötkammarstörning Dålig avvattning 2000 1500 1000 500 0
dec-14 mar-15 jun-15 sep-15 dec-15 mar-16 jun-16 sep-16 dec-16 mar-17 jun-17 sep-17 dec-17 mar-18 jun-18 sep-18 VFA (mg/l) NH4-N (mg/l) 3 000 Rötkammarvärden VFA RK1 VFA RK2 NH4 RK1 NH4 RK2 2 500 2 500 2 000 2 000 1 500 1 500 1 000 1 000 500 500 0 0
BIOMASSA (g/m2) och (%VS av susp) ANAMMOX- och NOB aktivitet (gn/m2,d) Uppföljning bärare K5 ANITA Mox 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Anammoxaktivitet (g N/m2,d) Glödförlust (VS) (% av susp) Biomassa (g/m2) NOB test (g N/m2,d) 0 0 2016-08-18 2017-03-06 2017-09-22 2018-04-10 2018-10-27 7 6 5 4 3 2 1 Bärare och aktivt slam NOB-aktivitet AOB-aktivitet
Framtid? Strategimöte 5/10 diskutera vägval och alternativ för framtiden Frågor? Idéer!? anneli.anderssonchan@vaxjo.se
AGNES III Pilotanläggning med granuler på VA SYD Elin Ossiansson Processingenjör
Aerobic Granular sludge Nutrient removal and recovery Efficiency in Sweden (AGNES)
AGNES I State-of-the-art AGNES II Full-scale studies AGNES III Pilot studies
VAD ÄR AEROBT GRANULÄRT SLAM (AGS)? Istället för slam-små bollar av biofilm Kompakta och tunga= sjunker snabbt Kan ha dubbelt så hög halt av bakterier i vattenreningen jämfört med aktivt slam Aktivt slam Aerobt granulärt slam (AGS) Royal HaskoningDHV, De Kreuk et al. (2010); Li et al. (2014)
INNE I GRANULERNA Syrefritt inne i mitten, men syre i det yttre skiktet Rening av kväve och biologisk rening av fosfor kräver båda förhållandena Aktiv slam kräver större volym, men med AGS kan fler processer ske samtidigt
UTVECKLING Utvecklades på TU Delft av Mark van Loosdrecht och Merle de Kreuk på 90-talet Första fullskaleanläggningen i Epe (NL) 2010 Idag 21 anläggningar och ca 20 till på gång Pågår mycket forskning, men främst i labbskala och få studier med avloppsvatten i pilotskala Epe Nereda,Royal HaskoningDHV
VARFÖR AGS? Kompakt Energisnålt Lägre kemikalieförbrukning Foot-print (m 2 ) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Pre-settling/Pre-precipitation Bioreactors (+Buffer for AGS) Secondary clarifier Membrane tank Microsieves Sludge treatment Lätt att skala upp 0 1. AGS 2. MLE 3. UCT 4. IFAS 5. MBR Bengtsson et al (2017)
PILOTANLÄGGNING PÅ VA SYD Erhålla egen erfarenhet av tekniken Göra en egen bedömning om tekniken klarar strängare utsläppskrav Utreda potentialen för energineutralitet och fosforutvinning Bedriva FoU kring en biologisk reningsteknik som ligger i framkant Delvis finansiering från Naturvårdsverkets stöd till Stadsinnovationer
Effektivt kolutnyttjande Kompakt och energismart rening Efterbehandling för hög reningsgrad Avloppsvatten Förfiltrering Aerobt Granulärt Slam (AGS) Efterfiltrering Renat vatten Kolkälla Biogas Struvitproduktion Växtnäring Fosforåtervinning
TIDPLAN Hösten 2018: Projektering 2019: Bygge av pilotanläggning och uppstart. Fokus på förbehandling 2020-2021: Optimering av energieffektivitet, reningsgrad och fosforåtervinning 2021-2022 : Utvärdering av långtidsdrift, stabilitet
TACK! elin.ossiansson@vasyd.se
Nya biofilmsapplikationer Rening av mikroföroreningar Per Falås LTH
Bad Ragaz WWTP Screen Grit removal Primary clarifier Anoxic sludge zone 1-1.5h Oxic sludge zone 1 mg O 2 /L 6-7h Oxic carrier/sludge zone 3.5-6.5 mg O 2 /L 4-5h Secondary clarifier Sludge age: 3-4 days Filling ratio: 35% last compartment Carriers: Bio-film Chip M
Three parallel batch reactors Anoxic sludge and effluent wastewater NO 3 -N: 10-50 mg/l Oxic sludge and effluent wastewater O 2 : 3.5 mg/l Oxic carriers and effluent wastewater O 2 : 3.5 mg/l
Experimental Set up Activated sludge or Biofilm carriers Alkalinity 4 mmol HCO 3- /L Ammonium 15 mg NH 4+ -N/L Micropollutants 1 µg/l Batch reactor: 10L Temperature: 16 ± 1 C ph: 7.2 ± 0.2 Sampling of batch reactor 8 samples over 24 h
Micropollutant removal
Micropollutant removal C/C initial = e -k*t Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 0.8 Oxic sludge 0.8 Carriers 0.6
Micropollutant removal Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 1.5 Oxic sludge 2.6 Carriers 5.6
Micropollutant removal Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 0 Oxic sludge 2.0 Carriers 7.4
Micropollutant removal Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 0 Oxic sludge 1.0 Carriers 4.6
Micropollutant removal Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 0 Oxic sludge 0 Carriers 1.5
Micropollutant removal Removal rate constant (L/g biomass*d) Anoxic sludge 0 Oxic sludge 0 Carriers 0
Conclusions Biological micropollutant removal rates depended on: - the compound properties - the redox conditions - the microbial composition of biomass Carrier-attached biofilms seem to have a higher degradation capacity for some micropollutants, but not all.
Thank you Tack for till listening!