Förbättring av kvävereduktionsprocessen på avloppsreningsverket Lucerna under WTOS-styrningJonas WenströmÖvergödning av sjöar och hav är idag ett stort miljöproblem vilket samhället bidrar till genom sitt utsläpp av bland annat kväve. Därför har Sverige genom Baltic Sea Action Plan åtagit sig att minska sin belastning på Östersjön från reningsverk med 3000 ton kväve årligen fram till 2021. Om- och utbyggnader av reningsverk kommer att krävas, men en viss förbättring av reningen kan uppnås genom optimering av befintliga processer.Avloppsreningsverket Lucerna i Västervik hade tidigare problem att uppnå tillräcklig kväverening, men sedan processtyrningssystemet WTOS implementerades 2010 klaras kraven. Efter att WTOS implementerats sker luftningen intermittent i verkets aktivslamsteg, i vilken en biologisk rening sker. För att utreda om kvävereningen ytterligare kunde förbättras utfördes denna studie med huvudmålet att lämna förslag på hur kvävereningen kunde förbättras i verkets Aktivslamprocess.

Detta examensarbete utreder möjligheterna att utveckla en energieffektiv luftningsstrategi i en Aktivslamprocess. Arbetet innehåller först en litteraturstudie där forskningsläget gås igenom.Därefter följer en optimeringsstudie i Matlab, en simuleringsstudie i en förenklad variant av Benchmark Simulation Model No 1 (BSM1) och en redogörelse för ett fullskaleförsök vid Käppalaverket.  Resultaten från optimeringsstudien visar att, under vissa förutsättningar, är ett konstant luftflöde energioptimalt. Simuleringsstudierna visar att en minskning av energiförbrukningen på upp till 16%  kan uppnås, då luftflödet hålls konstant, jämfört med att hålla ett konstant ammoniumbörvärde. Preliminära resultat från fullskaleförsöken indikerar att ett konstant luftflöde kan minska luftförbrukningen men en längre utvärdering bör genomföras för att få mer tillförlitliga resultat.Slutsatsen från detta arbete är att den utvecklade metodiken kan vara intressanta alternativ till en överordnad reglering av ammoniumkoncentrationen och bör därför studeras vidare..

Avloppsreningsverk står inför uppgiften att rena inkommande vatten för att möta lagstiftade gränsvärden till en så låg kostnad som möjligt. Att syresätta biologiska reningsprocesser är kostsamt eftersom luftningsanordningen förbrukar mycket energi. Ungefär en femtedel av Himmerfjärdsverkets totala elenergiförbrukning går till luftning av biologiska processer.För att öka Himmerfjärdsverkets energieffektivitet startades under 2010 experiment med olika strategier för luftflödesstyrning. En av verkets nitrifikationsbassänger byggdes då om för att möjliggöra zonvis reglering av syrehalten.Syftet med denna studie var att utvärdera reglering med ammoniumåterkoppling och syrehaltsprofil för styrning av Himmerfjärdsverkets nitrifikationsprocess. Utvärderingen baserades på reningsresultat och energiförbrukning.Med nuvarande reglerstrategi varieras luftningen genom återkoppling från syrehalten i den andra av sex zoner i varje luftad bassäng.

På Käppalaverket i Stockholm står luftningen av de biologiska bassängerna för omkring en femtedel av verkets totala elenergiförbrukning. I ett försök att minska energikostnaden utvärderades under hösten 2010 nya metoder för luftflödesreglering på verket. Grundtanken var att styra luftflödet efter medelvärdet på utgående ammoniumkoncentration under en längre tid, istället för som idag efter momentana värden.Ett vanligt sätt att styra luftflöden på reningsverk idag är att använda återkoppling från utgående ammoniumkoncentration, vilket syftar till att alltid hålla den utgående koncentrationen vid ett valt börvärde. Lagstiftade gränsvärden på ammonium avser dock normalt medelvärden över en längre tid, såsom kvartal eller år. Istället för att anpassa luftflödet efter den inkommande belastningen är det därför möjligt att hålla luftflödet relativt konstant medan istället den utgående koncentrationen tillåts variera.I denna studie visades en energibesparing kunna erhållas om luftflödets variation reduceras.

Under 90-talet uppdagades övergödningsproblematiken i Östersjön, varför omgivande länder enades gällande åtgärder för att minska problemen. De svenska reningsverk som genom sina utsläpp av kväve och fosfor påverkade Östersjön tvingades då införa gränsvärden för kväve- och fosforutsläppen. Vid Arboga reningsverk, vars recipient är Arbogaån som mynnar i Galten, Mälaren, har kvävereducering sedan en tid tillbaka varit i drift. Dock krävdes från och med år 2012 att totalkvävehalten i utgående avloppsvatten ej översteg 15 mg tot-N/l. Införandet av detta gränsvärde resulterade i åtgärder för att minska kväveutsläppen.Rejektvattenbehandling är en vanlig metod för att minska halterna totalkväve i utgående avloppsvatten.

På Himmerfjärdsverket söder om Stockholm finns åtta luftade bassänger för biologisk rening av avloppsvatten. Genom att syresätta vattnet skapas en miljö där mikroorganismer kan arbeta och omvandla organiskt material och ammonium till koldioxid, vatten och nitrat.Bara luftningen av dessa aktivslambassänger på Himmerfjärdsverket står för nästan en femtedel av verkets totala energiförbrukning och är därför en viktig process att optimera. Under hösten 2011 har några olika reglerstrategier utvärderats genom fullskaleförsök på verket. Denna rapport handlar om dessa försök. Arbetet bygger på ett tidigare utfört examensarbete vid Himmerfjärdsverket och ingår i en större forskningsstudie som leds av IVL Svenska Miljöinstitutet i samarbete med Uppsala Universitet.