Möjlighet till ökad tillämpning av biologisk fosforavskiljning (bio-P) på svenska avloppsreningsverk - En kunskapssammanställning med omvärldsbevakning och livscykelanalys

Rapport, 2025

När man undersöker de globala framstegen inom biologisk fosfor- och kväverening blir det uppenbartatt motiven som driver implementeringen av närsaltsavskiljning och omfattningen av den behandlingsom används varierar avsevärt mellan olika länder. Flera faktorer bidrar till dessa skillnader, blandannat nationella traditioner inom rening och reglering av avloppsvatten, ekonomiska överväganden,klimatförhållanden och önskan att utvinna fosfor för användning i jordbruket.I många länder utgör avloppsreningsverk som använder biologisk fosforavskiljning (bio-P) enförsumbar andel av det totala antalet, medan processen används i större utsträckning på andra håll.Generellt sett är kostnaden för kemikalier för fosforfällning den viktigaste faktorn som främjar bio-P. Ivissa länder med måttliga krav på fosforavskiljning räcker det med enbart bio-P medan det i andraländer med strikta fosforkrav styr mot bio-P kombinerad med en mindre dos kemisk fällning förpolering av fosfor eller mot enbart kemisk fällning för att säkerställa att avskiljningskraven kanuppfyllas. I Danmark har den höga beskattningen av utsläpp av fosfor varit ett incitament att användakombinationen för att nå låga utsläppsvärden. Detta medför en ökad kostnad för kemikalier, men ärtrots det ekonomiskt lönsamt.Många länder har undersökt fosforutvinning ur avloppsslam för att underlätta fosforåterföring tilljordbruket. Bio-P kan potentiellt stödja denna återvinning genom struvitfällning, men antaletanläggningar med struvitfällning internationellt är lågt. Trots pågående internationella projekt för attutveckla tekniker för fosforutvinning från aska har framgångarna varit begränsade, även ompotentialen för betydande fosforåtervinning kvarstår.Sedan utvecklingen av den första bio-P-processen för cirka 50 år sedan har flera nya processerutvecklats. Hittills har endast tekniker med aktivt slam implementerats i större skala men utvecklingpågår även inom biofilm/granulbaserade system. Alla processerna bygger på samma principer. Bio-P-bakterierna måste exponeras för anaeroba förhållanden med tillgång till lättnedbrytbar kolkälla i formav flyktiga fettsyror (VFA, volatile fatty acids). VFAn kan tas upp under frisättning av fosfor frånenergirika föreningar som ger den nödvändiga energin för upptag i efterföljande aeroba förhållandendär bakterierna kan utnyttja lagrad VFA för tillväxt och underhåll tillsammans med upptag av denlösta fosforn.I denna rapport ingår endast system baserade på bio-P i aktivt slam men inte till exempelbiofilmsprocesser. Eftersom bio-P-bakterierna är heterotrofa bakterier med en tillväxthastighet somliknar andra heterotrofa bakteriers kan bio-P-processerna utföras på aktivslamanläggningar med enbartavskiljning av organiskt material eller i kombination med kväverening. De olika alternativen för bio-P-konfigurationer i kombination med kväverening kan delas in i tre huvudgrupper med mångaundergrupper och möjligheter att kombinera huvudegenskaper. Huvudgrupperna kan särskiljas genomdet sätt på vilket den nödvändiga VFAn blir tillgänglig för bio-P-processen. I den första huvudgruppenkommer VFAn från inloppet till anläggningen samt från hydrolys av detta inkommande organiskamaterial under anaeroba förhållanden i aktivslamsystemet. I den andra huvudgruppen förbättras VFA-tillförseln genom hydrolys direkt i försedimenteringen alternativt i en separat hydrolysreaktor(primärslamshydrolys). Hydrolysen kan åstadkommas helt enkelt genom att hålla kvar slammet isedimenteringsbassängerna under en längre tid än normalt och kontinuerligt pumpa upp slammet tillytan på sedimenteringsbassängen så att bildad VFA kan tvättas ur och följa med vattnet till biosteget. Iden tredje gruppen sker hydrolysen till VFA med returslam som utgångspunkt. Detta sker i en anaerobreaktor placerad på returslamflödet (sidoströmshydrolys) där slamkoncentrationen är hög vilket gynnaren hög VFA-produktion.Eftersom de olika huvudprinciperna kan kombineras och många andra mindre modifieringar harutvecklats för speciella tillämpningar, kan de flesta svenska avloppsreningsverk modifieras för att helteller åtminstone delvis ha biologisk fosforavskiljning. Många svenska anläggningar är konstruerade6med flera bassänger i serie för kväverening. Sådana anläggningar kan ofta modifieras till bio-P medmindre ändringar i konstruktion eller drift. Särskilt om anläggningen är lågbelastad kan processenoptimeras för att uppfylla måttliga utsläppskrav för fosfor. Anläggningar som är belastade nära detmaximala kan implementera bio-P åtminstone under de varmare årstiderna då nästan alla anläggningarhar ledig kapacitet. Vid implementering av bio-P på befintliga anläggningar med kväverening ochkemisk fällning måste dock en eventuell minskad rening av kväve tas med i beräkningen eftersom bio-P-processen använder en del av det organiska materialet som annars kan användas för denitrifikationoch eftersom bio-P kräver strikt anaeroba förhållanden i volymer som annars kan användas fördenitrifikation. Problemets betydelse beror på de lokala omständigheterna och särskilt påavloppsvattnets sammansättning och anläggningens belastning. De flesta anläggningar förväntas dockkunna klara kvävekraven i det reviderade avloppsdirektivet även efter etablering av bio-P. Vid behovkan eventuell brist på organiskt material för denitrifikation åtgärdas genom införande av slamhydrolyseller tillsats av extern kolkälla. Om det ställs ännu strängare krav än direktivets finns olika sortersdenitrifierande poleringsfilter att tillgå, om än endast i en handfull installationer internationellt.Om anläggningar drivs med bio-P måste särskild uppmärksamhet ägnas åt slambehandlingen, eftersombio-P-bakterierna kommer att avge fosfor i en rötkammare eller om slammet lagras under anaerobaförhållanden. Snabb slambehandling utan långa lagringstider är därför viktig vid hantering av aerobtslam och för hantering av anaerobt slam kan pH-höjning, till exempel genom vakuumbehandling avslammet eller tillsats av en liten dos fällningskemikalier, vara en möjlighet.För närvarande verkar avloppsreningsverk som är byggda för bio-P i allmänhet kunna uppfylla kraveni det reviderade avloppsdirektivet som årsmedelvärde; 0,7 mg/l totalfosfor för de mindreanläggningarna (< 150 000 PE) respektive 0,5 mg/l totalfosfor för större med viss kemisk fällning.Vidare blir en effektiv partikelseparationen viktig när låga utsläppskrav ska uppfyllas eftersom en stordel av fosforn är kopplad till partiklarna. Om utsläppskravet skärps ytterligare ner till nivån ca 0,1mg/l – som redan är fallet på flera håll i USA – behöver bio-P kombineras med en betydande mängdkemisk fällning och mycket effektiv partikelavskiljning. Vidare kommer avloppsvattnets innehåll avlösta fosforföreningar som inte kan fällas ut att spela en allt större roll ju lägre utsläppskriterierna äroch kan vara avgörande för vilken utsläppskoncentrationen som är möjlig att nå.Nivån på den fosforavskiljning som kan uppnås vid anläggningar som byggts om från kemisk fällning(kem-P) till biologisk fosforavskiljning kan inte förutsägas i detalj. Många svenska anläggningar medmåttlig belastning förväntas dock kunna nå utsläppsgränserna eftersom många anläggningar mer ellermindre kan sägas redan vara byggda för bio-P och endast kräver måttlig ombyggnad, till exempel iform av rördragning för returslam. För anläggningar med högre belastning kan utsläppsgränserna nåsunder de varmare årstiderna då det finns överkapacitet. Eftersom bio-P är mindre temperaturkänslig ännitrifikation kan reningsverkets processer under den kalla årstiden optimeras så att nitrifikation ochdenitrifikation är optimala (framföra allt säkerställa att man inte tappar nitrifikationen) och så att bio-Pblir så bra som möjligt.Anläggningar utan krav på kväverening kan lättare ställas om för bio-P-drift eftersom de striktanaeroba förhållanden som krävs för bio-P lättare uppnås om inget nitrat förekommer i anläggningen.Under de varmare årstiderna måste nitrifikation undvikas om bio-P-processen ska kunna gynnas.Anläggningar med bio-P behöver mer övervakning och kontroll än anläggningar med kem-P. I USAtenderar anläggningar, som är konstruerade för mindre än 50 000 PE, att använda kemisk fällning.Däremot drivs många anläggningar på ner till 10 000 PE, och till och med lägre, med bio-P i Danmarkoch Lettland.För att undersöka skillnader i miljöpåverkan mellan reningsverk med bio-P jämfört med kem-P, samthur en eventuell kemikaliebrist skulle slå mot miljöpåverkan för respektive konfiguration,genomfördes en livscykelanalys (LCA). Denna baserades på dynamisk modellering av de båda7processkonfigurationerna. Föga överraskande kan det konstateras att konfigurationen för kem-P är merkänslig för tillgång på fällningskemikalier än bio-P-konfigurationen. Är mottagande recipient känsligför tillskott av fosfor och om tillgång på fällningskemikalier bedöms som osäker kan det således varaaktuellt att reflektera över möjliga alternativ. Kem-P kräver således fällningskemikalier för att fungera,men även bio-P behöver kompletteras med en viss mängd kemisk fällning för att klara striktareningskrav. Fällningskemikalier kan även innebära tillskott av tungmetaller. Om slammet är tänkt attspridas på åkermark kan det vara relevant att se över kemikalieanvändningen och utvärdera möjligaalternativ. Även allmänt uppströmsarbete för att minska inkommande halter av tungmetaller är viktigt,och det kan vara stora skillnader i inkommande halter mellan olika reningsverk. Klimatpåverkan varden miljöpåverkanskategori som fick störst påverkan på det viktade resultatet. I denna kategoridominerade utsläpp av metan och lustgas från reningsverket både för bio-P och kem-P. Simuleringarnaindikerade dock ökade metanutsläpp i bio-P-konfigurationen jämfört med kem-P, men mätningar ifullskala krävs för att bedöma eventuella skillnader i utsläpp mellan konfigurationerna.En eventuell ökad implementering av bio-P nationellt kan få både positiva och negativa effekter.Bland fördelarna kan nämnas minskat fällningskemikalieanvändande och -beroende vilket minskarrisken för stora fosforutsläpp vid långvarig kemikaliebrist och därmed risken för övergödning.Minskad användning av fällningskemikalier skulle även medföra minskad mängd tungmetaller iutgående vatten och slam och därtill ökar potentialen för näringsåtervinning, exempelvis i form avstruvit. Bland utmaningarna kan nämnas en viss ökning av energiåtgång, minskad biogaspotential samtpotentiellt ökade direkta utsläpp av växthusgaser. Kvarvarande frågetecken behöver dock redas ut,vilka inkluderar bedömning av storleken på dessa metanutsläpp, kostnadsberäkning samt tydligarebeskrivning av hur en framtida kemikaliebrist skulle kunna se ut.