Examensarbeten

Beskrivning:

Sweden targets the eutrophication problem in the Baltic sea by having strict limits for discharge of nutrients, 6mg/L for nitrogen, and 0.20mg/L for phosphorous. The quality targets have put pressure on the existing WWTPs to upgrade to more advanced processes and increase the need for external carbon sources for denitrification. Most plants in Sweden use fossil-based methanol for denitrification due to its low price and availability, resulting in a negative environmental impact. One way to improve sustainability and ensure a circular process would be to use alternative carbon sources, such as volatile fatty acids (VFA), produced via hydrolysis of sludge or other waste streams.

A VFA production pilot located at Hammarby Sjöstadsverk, Stockholm, produces around 1m3 of hydrolysate per week. The hydrolysate will be separated and used as a carbon source for denitrification in a pilot-scale MBR reactor (research project in cooperation between Stockholm Vatten och Avfall and IVL Swedish Environmental Research Institute).

The VFA is produced by the co-fermentation of primary sludge and food waste. The separation system will be installed during the summer and consists of a drum sieve (0,6 mm) and chemical dosing for pH adjustment. One of the obstacles in the process is the H2S present in the reactor that poses a problem for human health and operation conditions, and therefore should be controlled. A common strategy is the addition of ferric (FeCl3) or/and ferrous (FeSO4) to the sludge for precipitation. However, iron salts are known to be inefficient at low pH (<5), and the increase of the pH is then needed before the separation process, i.e., by the addition of NaOH, (bi)carbonates, or another basic chemical.

Furthermore, improve the dewaterability of sludge for optimization of the process is also essential. Besides iron addition, polymers are also widely used for this purpose. According to Liu et al. (2018), the addition of polymers could affect the composition of the VFA, but it could also remove nutrients previously released in the production process.

The project aims to evaluate the effect of the separation process (drum sieve) in a continuous VFA production pilot, investigate possible effects of the pH adjustment and addition of polymers or iron salts in the VFA amount and composition, as well as in the COD and nutrients concentrations in the reject water.

Most of the work will take place at Hammarby Sjöstadsverk in Stockholm. The time plan for the project is August-December 2021.

Deltagande organisationer:

IVL Svenska miljöinstitutet

SLU

Kontaktperson:

Andrea Carranza

andrea.carranza.munoz@ivl.se

010-788 65 94

Sista ansökningsdag:

Preliminärt startdatum:

August 2021

Beskrivning:

The increasing population and Sweden's strict limits for discharge of nutrients, 6mg/L for nitrogen and 0.20mg/L for phosphorous, have put pressure on the existing WWTPs to upgrade to more advanced processes and increase the use of external carbon sources for denitrification. Most plants in Sweden use fossil-based methanol for this process, resulting in a negative environmental impact. One way to improve the sustainability of the process would be to use alternative carbon sources, such as volatile fatty acids (VFA), produced via hydrolysis of sludge or other waste streams.

A VFA production pilot located at Hammarby Sjöstadsverk will produce around 1m3 of hydrolysate per week that will be separated and used as a carbon source for denitrification in a pilot-scale MBR reactor (research project in cooperation between Stockholm Vatten och Avfall and IVL Swedish Environmental Research Institute).

The MBR pilot-scale reactor has an average inflow of 4,5m3/h and consists of a pre-aeration zone, primary sedimentation tank, biological treatment with pre- and post- denitrification, two membrane tanks working in parallel on-line P precipitation, and a small sludge pilot (Figure 1). Several external carbon sources have been tried in the post-denitrification zone, including methanol, ethanol, glycerol (current), brentaplus, and acetic acid (a by-product from an industry).

The project aims to evaluate the use of VFA produced by co-fermentation of primary sludge and food waste as a carbon source for denitrification in an MBR pilot. The project includes evaluating the applicability of using a VFA-rich hydrolysate, comparing it with previously used carbon sources, and exploring different control strategies.

Most of the work will take place at Hammarby Sjöstadsverk in Stockholm. The time plan for the project is August-December 2021.

Deltagande organisationer:

IVL Svenska miljöinstitutet

SLU

Kontaktperson:

Andrea Carranza

andrea.carranza.munoz@ivl.se

010-788 65 94

Sista ansökningsdag:

Preliminärt startdatum:

August 2021

Beskrivning:

Genom att förtjocka rötat slammet och föra in det igen i rötkammaren igen frikopplas den hydrauliska uppehållstiden (HRT) från de fasta ämnenas uppehållstid i en rötkammare. Tekniken, också kallad EXRT- processen (Extended Sludge Retention Time), som är relativt enkel att ta i drift, går ut på att rötslammet avvattnas och återförs till RK medan vattenfasen (rejektet) avlägsnas.

I tidigare fullskaliga försök genomfört på SYVAB gick det att öka den organiska belastningen (OLR) med 47 % genom att driva EXRT-rötkammaren parallellt med en referensrötkammare utan slamåterföring. Metanutbytet sjönk dock marginellt i jämförelse med referensrötkammaren. En energibalans beräknad för utvärderingsperioden för detta driftsätt gav ett netto på 4,9 kWh/m3, d, med slamförtjockningens energibehov inräknat. Skulle samma substratflöde ha rötats i rötkammarvolymer med samma utrötningsgrad som referensrötkammaren skulle detta ge ett netto på 5,2 kWh/m3, d. Baserat på detta har rötning i EXRT-rötkammaren gett en kombinerad effekt av minskat substratutnyttjande och energiåtgång för slamförtjockning på under -0,28 kWh/m3, d

EXRT-rötkammaren visade under försökstiden inga betydande tecken på försämrad processtålighet jämfört med referensrötkammaren. Pumpbarheten av slammet försämrades med ökande halter torrsubstans och ett gränsvärde på 6,5 % identifierades när värmeväxlingen visade tendenser på minskad effektivitet.

För Käppala kan en EXRT – lösning bli aktuellt för primärslamsrötningen vilket kan innebära att kapacitetstaket kan senareläggas längre än till år 2050 (se Fig. 22). Förutsatt att OLR kan ökas med 47 % med bibehållen stabil drift kommer 4,4 kg VS/m3, d kunna ökas till 6,5 kg VS/m3, d.

En pilotstudie där primärslam rötas i en EXRT-rötning behöver dock genomföras för att verifiera resultaten från den fullskaliga studien genomförd på SYVAB. Syftet med detta examensarbete blir alltså att via en mindre pilotanläggning testa kapacitetstaket för primärslamsrötning med EXRT-lösning.

Deltagande organisationer:

Käppalaförbundet

Kontaktperson:

Jesper Olsson
jesper.olsson@kappala.se
070-353 52 73

Sista ansökningsdag:

2021-08-15

Preliminärt startdatum:

2021-08-31

Beskrivning:

Från Käppalaverkets mekaniska, biologiska och kemisk rening fås ett blandslam innehållandes primärslam från försedimenteringen samt ett överskottslam eller sekundärslam från det biologiska reningssteget (se Fig. 1). Slammet rötas idag mesofilt (37 °C) i två steg där primärslammet rötas i en första kammare för att sedan efterrötas i ett andra steg tillsammans med överskottsslammet.

Enligt förslag på ny lagstiftning kommer eventuellt nya krav på hygienisering av slam att införas. Termofil rötning är den metod som i Käppalaförbundets slamstrategi valt ut som den mest lämpliga hygieniseringsmetoden. Termofil rötning ska utföras så att den uppfyller de krav som föreslagits av Naturvårdsverket i slamförordningen från 2013, alltså batchvis i minst 8 timmar och 55°C om inte nya uppdateringar från Naturvårdsverket hinner komma innan försöket inleds. Under hösten 2021 genomföras ett försök med termofil rötning (55 °C) av blandslam i med en representativ fördelning mellan primärslam (65 %) och överskottslam (35 %) Syftet med denna studie blir att utreda:

1. Kapacitetstak för termofil rötning av blandslam (Minimal HRT maximal OLR)
2. Förändrade luktegenskaper på slammet.
3. Förändrade avvattningsegenskaper för rötresten.
4. Kontroll av skumbildning vid termofil rötning.

Försöket kommer att genomföras i en pilotrötkammare på 5 m3 som hyrs av RISE. Denna anläggning kan matas mer kontinuerligt och ge en jämnare beskickning och därmed mer likna den fullskaliga rötkammardriften vid Käppalaförbundet.

Deltagande organisationer:

Käppalaförbundet

Kontaktperson:

Jesper Olsson
jesper.olsson@kappala.se
070-353 52 73

Sista ansökningsdag:

2021-08-15

Preliminärt startdatum:

2021-08-31