Hållbar och innovativ avloppsvattenrening med bioelektrokemiskt baserad sensor och aerobt granulärt slam

Forskningsprojekt, 2024 – 2026

Avloppsvattenrening behövs för att skydda vattenmiljön och människors hälsa, men även för att återföra näringsämnen och organiskt material till jordbruket, producera förnybar energi och för att kunna återanvända vatten. Utveckling av tekniker som möjliggör detta är därför viktig för ett hållbart samhälle. I det här projektet kommer vi att utveckla och implementera en ny teknik som minskar behovet av kemikalier och användningen av elektricitet samt skapar större möjligheter för att återanvända näringsämnet fosfor. Tekniken, som vi kallar BAGS, går ut på att kontrollera tillförseln av lättnedbrytbara organiska fettsyror, s.k. VFA, till en reningsprocess baserad på aerobt granulärt slam (AGS) med hjälp av en bioelektrokemisk sensor. AGS är en speciell typ av biofilmprocess där bakterier bildar kompakta biofilmer, s.k. granuler, utan behov av fast material att sitta på. Processen är fördelaktig eftersom granulerna har mycket goda sedimenteringsegenskaper och kan avskilja organiskt material, kväve och fosfor i samma reaktor. Jämfört med den vanliga aktivslamprocessen kräver AGS mindre plats samt förbrukar mindre energi och kemikalier. För att AGS skall fungera på ett effektivt sätt behövs dock tillräcklig tillgång till VFA.En utmaning vi står inför vid avloppsvattenrening är att förse kvävereningen med en miljövänlig kolkälla för denitrifikation. Vanligen tillförs en extern kolkälla, t.ex. metanol, vars produktion och transport medför stor klimatpåverkan. Den externa kolkällan kan ersättas av VFA producerad på plats, vilket har mycket mindre klimatavtryck. BAGS-tekniken möjliggör kontrollerad tillförsel av VFA till reningsprocessen som motsvarar behovet. En annan utmaning är hållbar fosforrening. På reningsverk avskiljs fosfor oftast genom kemisk fällning vilket kräver mycket kemikalier. Biologisk avskiljning av fosfor, EBPR, är möjlig om det finns tillräckligt med VFA i avloppsvattnet. En fördel med EBPR är att fosforn bunden i bakteriernas celler lättare kan avges jämfört med fällningen där fosforn är kemiskt bunden. Detta underlättar fosforåtervinning. Fosforn från EBPR kan t.ex. avskiljas genom utfällning som struvit vid den anaeroba rötningen av slammet.Tillgången till VFA kommer i projektet att mätas med en ny typ av bioelektrokemisk sensor. I sensorn växer bakterier på en anod till vilken de avger elektroner när de oxiderar VFA. Detta ger upphov till en mätbar ström i sensorn. För att VFA skall bildas behöver avloppsvattnet hydrolyseras antingen i en separat tank innan det pumpas in i reaktorn eller under inpumpningen som sker under syrefria förhållanden. Informationen från sensorn kommer att användas för att kontrollera tiden och effektiviteten för hydrolysen av avloppsvattnet och den anaeroba inpumpningstiden. Vi förväntar oss att den här nya kontrollstrategin, BAGS, leder till stabilare drift med låga lustgasutsläpp och eliminerar behovet av externa kemikalier, vilket minskar energibehovet och klimatpåverkan.Syftet med det här projektet är att testa BAGS-tekniken i pilotskala på Ryaverket, som drivs av Gryaab beläget i Göteborg. Resultaten kommer sedan att implementeras i en planerad testanläggning på Gryaab. Vi vill undersöka hur sensorbaserad styrning av VFA-tillgången kan användas, dels för att påskynda uppstarten av en AGS process, dels för att optimera driften. Gryaab planerar för utökad kapacitet i ett parallellt reningsverk och AGS är ett intressant alternativ. Brist på VFA har dock visat sig vara en utmaning eftersom många avloppsvatten i Sverige är relativt utspädda. AGS är en reningsprocess som flera kommuner visat intresse för och den första anläggningen finns i Strömstad på Österröds avloppsreningsverk. Resultat från den anläggningen pekar på att ökad tillgång till VFA genom hydrolys av avloppsvatten ger en stabilare process.De specifika målen är att:Designa och konstruera en bioelektrokemisk VFA sensor som kan placeras i inloppet till en AGS process (BAGS).Jämföra uppstarten av en AGS process genom att starta