Modellering av koldioxidavtrycket för Käppalaverket med framtida processlösning för skärpta reningskrav
Modeling the carbon footprint of Käppala WWTP due to more stringent discharge limits
I och med Sveriges åtaganden i Baltic Sea Action Plan (BSAP) och de miljökvalitetsnormer (MKN) som beskrivs i ramdirektivet för vatten kommer Käppalaverket sannolikt ställas inför strängare kväve- och fosforreningskrav. Käppala kan då bli tvungna att införa en ny processlösning t.ex. efterdenitrifikation och förfällning. Hur detta kommer att påverka det totala koldioxidavtrycket utreds i denna rapport. Tidigare har stora energiutredningar utförts på verket men aldrig har ett samlat koldioxidavtryck dokumenterats.En kartläggning över Käppalaverkets totala koldioxidavtryck 2011 gjordes för att skapa en referens för framtida modellering. Utvärderingen visade att Käppalaverkets totala koldioxidavtryck var 16 kg CO2,ek/pe, år. Ryaverket, som gjort en liknande utredning, hade ett totalt koldioxidavtryck runt noll. Det höga koldioxidavtrycket för Käppalaverket, jämfört med Ryaverket, beror framförallt på den höga lustgasemissionen från aktivslambassängen.Under hösten 2012 utfördes mätningar av lustgas för att få fram ett nyckeltal på bildad lustgas per reducerad kväve. Mätningarna visade på en relativt hög lusgasbildning 1,7 % bildad lustgas per reducerad kväve.För att ge svar på vad den nya processlösningen med strängare reningskrav skulle innebära för koldioxidavtrycket, kalibrerades och utvidgades den befintliga reningsverksmodellen Benchmark Simulation Model no.2 (BSM2). I utvidgningen av BSM2 inkluderades beskrivningar över hur Käppalas processer bidrar till koldioxidavtrycket. För att uppnå de nya reningskraven kan dagens fördenitrifikation kompletteras med en efterdenitrifikation och dagens simultanfällning ersättas med förfällning.Modellens biologi kalibrerades med två perioder, ett sommarflöde och ett höstflöde. Sedan simulerades 2011 för att ha ett referensvärde att jämföra framtida simuleringar med. Förfällning visade sig ge en ökad biogasproduktion som bidrog starkt till ett minskat avtryck. Däremot bidrog den ökade energiförbrukningen och lustgasemissionen i den biologiska reningen till ett ökat avtryck.Simuleringen med dagens rening gav ett koldioxidavtryck på cirka 14 kg CO2/pe, år och framtidens processlösning för ökad kväve- och fosforrening gav ett nästan dubbelt så stort avtryck, 26 kg CO2/pe, år. Kostnaden för den totala reningen uttryckt i koldioxidekvivalenter blir i framtiden 4,2 kg CO2/NRED mot dagens 2,5 kg CO2/NRED.En simulering av strängare reningskrav samt ökad flödesbelastning från dagens 440 000 pe till 700 000 pe visade på svårigheter att uppnå de nya reningskraven. Reningskraven kunde inte hållas under de högflödesperioder som uppkom under året på grund av slamflykt från eftersedimenteringarna.Utformningen av reningskraven är betydelsefull för branschen som helhet. Samtliga simuleringar visar svårigheter att hålla kvävekravet vid vårfloden. Det är därför av stor betydelse om kraven formuleras på årsbasis eller om de formuleras månadsvis för att reningsverken ska klara de nya kraven.