Mikrobiellt baserade strategier för att minska lustgasutsläpp från avloppsrening: Insikter från laboratorie- och fullskalesystem

Forskningsprojekt, 2026 – 2031

För att förhindra övergödning av sjöar, vattendrag och hav behöver kväve avskiljas från avloppsvatten, vilket sker genom processerna nitrifikation och denitrifikation på våra reningsverk. Dessa mikrobiella processer släpper dock ut lustgas (N2O), en kraftig växthusgas som står för merparten av reningsverkens klimatpåverkan. Effektiva åtgärder för att minska dessa utsläpp är därför nödvändiga så att reningsverkens bidrag till den globala uppvärmningen minimeras.Nitrifikation och denitrifikation sker genom mikrobiella omvandlingar av kvävet i avloppsvatten så att det avskiljs i form av kvävgas. Genom att styra förhållandena på reningsverket kan mikroorganismernas omsättning av kväve kontrolleras. Men lustgas produceras via olika reaktionsvägar i mikroorganismerna vilket gör det svårt att förstå orsakerna bakom utsläppen och styra reningen mot minskade utsläpp. Forskning för att förstå orsakerna och hitta effektiva motåtgärder har hittills fokuserat på processer med aktivt slam, som är de vanligast använda. Där sitter mikroorganismerna i lösa flockar vilket medför att förhållandena är likadana för alla mikroorganismerna. I reningsverk med aktivt slam har lustgasutsläppen visat sig ha stora årstidsvariationer med toppar under vinter och vår. Orsakerna till dessa toppar är inte helt klarlagda, men kopplade till obalans mellan aktiviteten för olika grupper av bakterier. Idag är reaktorer med biofilm allt vanligare på reningsverk. Där sitter mikroorganismerna packade i en film som ger olika förhållanden beroende på placering i biofilmen, vilket resulterar i olika typer av mikroorganismer på olika djup. Detta gör att det är mer komplext att förstå mekanismerna bakom lustgasbildning i biofilmreaktorer. Eftersom biofilmsprocesser ännu är mindre förekommande än aktivt slam har det inte skett några långtidsstudier än, vilket gör att vi heller inte vet hur utsläppen varierar över tid.I detta projekt vill vi identifiera orsakerna till lustgasutsläpp från både aktivt slam och biofilm. Vi kommer att genomföra långtidsstudier på reningsverk med kontinuerlig mätning av lustgas. Då kommer vi att analysera mikroorganismernas sammansättning, metaboliska förmåga och aktivitet så att vi kan förstå orsakerna till variationerna i utsläpp över tid. Vid studier på vårt laboratorium kommer vi att undersöka hur olika miljöförhållanden och driftparameterar påverkar omsättningshastigheterna av kväve som leder utsläpp av lustgas. Tillsammans med detaljerade mikrobiella studier kommer vi därmed ta reda på hur en viss typ av biomassa kan styras för att minska utsläppen. Resultaten använder vi för att utveckla åtgärder för att minska lustgasutsläpp. Dessa åtgärder utvärderar vi med hjälp av modeller där vi kombinerar mekanistiska och maskininlärningsbaserade metoder. Genom detta arbetssätt skapar vi ny kunskap som reningsverken kan använda för att minska sin klimatpåverkan. Vi säkerställer snabb spridning av resultaten genom nära samarbete och tät kommunikation med en bred grupp reningsverksrepresentanter.