Reduktion av läkemedelsrester och hygienprodukter i avancerade avloppsreningsprocesser

Forskningsprojekt, 2017 – 2019

 
Nya analysmetoder har gjort det möjligt att detektera ett stort antal nya föroreningar i vatten. De vanligaste ämnena kommer från hygienprodukter, tensider, flamskyddsmedel och läkemedel. Redan på 90-talet blev det känt att nära utlopp från avloppsreningsverk hade fiskar och akvatiska organismer störda fortplantningsorgan. Anledningen var hormonstörande ämnen och läkemedelsrester. Detta är ett internationellt problem och inom t.ex. EU försöker man reglera användandet av hormonstörande ämnen och vissa läkemedel klassas som prioriterade ämnen. Eftersom utlopp från avloppsreningsverk är den största källan till spridning av dessa innebär det att reningsverk sannolikt i framtiden kommer att få krav på sig att reducera halterna av de mest förekommande ämnena. Vissa läkemedel och hormonstörande ämnen går igenom reningsverken utan att brytas ner medan andra bryts ner helt eller omvandlas till olika nedbrytningsprodukter. Beroende på deras kemiska och fysikaliska egenskaper kan de ha mer eller mindre tendens att vidhäfta vid partiklar. Vissa följer på så sätt med slammet som tas ut ur reningsverket som överskottsslam. I människokroppen bryts vissa läkemedel ner till omvandlingsprodukter i t.ex. njurarna. Det har visat sig att dessa har mindre benägenhet att fastna på partiklar. I Sverige har det gjorts en hel del forskning på att hitta kemiska och fysikaliska metoder att bryta ner dessa ämnen såsom oxidation med ozon eller adsorption på aktivt kol. Mindre forskning har gjorts på de biologiska processerna i reningsverket. Studier visar på att en högre grad av reduktion sker i moderna reningsverk som är dimensionerade för kväverening. Troligtvis är det den längre uppehållstiden (slamåldern) som bakterierna har i sådana verk. Detta gör att artrikedomen i slammet blir större. Hur lätt läkemedel och hormonstörande ämnen bryts ner beror på dess egenskaper och vissa är mycket svårare att bryta ner än andra.

Aeroba granuler är en speciell form av biofilm där bakterier växer suspenderade i mycket kompakta aggregat. Genom det stora diffusionsmotståndet av substrat bildas olika zoner i granulen som i sin tur leder till olika miljöbetingelser där olika grupper av bakterier kan växa. Eftersom dessa granuler har mycket goda avskiljningsegenskaper kan granulbaserade processer drivas vid höga slamåldrar vilket ger möjligheter för att en mycket artrik bakterieflora kan växa till. Eftersom läkemedel och hormonstörande ämnen förekommer i mycket låga halter så kan de inte leda till bakterietillväxt ensamma utan det behövs andra ämnen såsom organiskt kol och kväve som finns i avloppsvatten. Diverse enzym och andra kofaktorer leder till nedbrytningen av dessa ämnen. Det innebär att desto fler olika sorters bakterier det finns, ju större är sannolikheten att t.ex. läkemedel bryts ner i den biologiska processen.

I den här studien skall ett antal läkemedel, ämnen från hygienprodukter samt hormonstörande ämnen undersökas i fråga om nedbrytbarhet i biologiska processer. Två system skall studeras: aeroba granuler samt flockformigt aktivt slam. De båda systemen skall drivas parallellt med samma sammansättning på avloppsvatten och andra miljöbetingelser i satsvisa reaktorer. I denna typ av reaktor kan man få till stånd perioder med hög belastning av substrat med en efterföljande svältperiod. Detta gynnar tillväxten av långsamväxande bakterier. Genom att hålla sedimenteringstiden, alltså den tid biomassan får sjunka till botten av reaktorn innan det renade avloppsvattnet pumpas ut, kort (2-3 minuter) bildas granuler medan flockulerat slam bildas då sedimenteringstiden hålls längre (30 minuter). Hypotesen är att ett mer komplext bakteriesamhälle har större förutsättningar för att bryta ner dessa delvis ganska svårnedbrytbara ämnen.

Det övergripande målet med den här studien är att öka kunskapen om hur läkemedel och hormonstörande ämnen bryts ner eller omvandlas i nya avancerade reningsprocesser. Frågor som skall besvaras är: bryts de utvalda ämnena ner i den biologiska processen, bildas nedbrytningsprodukter, vilka fastnar på biomassan (slammet), hur snabbt går dessa processer, och hur påverkas både nedbrytning och adsorption av biomassans egenskaper och driftsbetingelser i reaktorn, och påverkar den mikrobiella sammansättningen nedbrytningen? Forskningsresultaten kommer förhoppningsvis att leda till mer effektiva processer för reduktion av läkemedel och hormonstörande ämnen.