Nitrification in vertical flow intermittent loaded soil filter wetland : A study of Forsmark wastewater treatment plant with SBR and constructed wetlands

Avloppsreningsverket i Forsmark renar vattnet med aktivt slam i en satsvis biologisk rening (SBR) reaktor samt med våtmarker. Våtmarkerna består av fyra pulskärr och en damm. Pulskärren är utformade som bassänger fyllda med grus som filtermaterial där ytan är bevuxen. Pulskärren beskickas satsvis med 60 m^3 vatten när någon av SBR-reaktorerna töms, vattnet rinner då ut över ytan samtidigt som det perkolerar ner i bädden. När SBR-reaktorn har tömts är hela pulskärret mättat. Tömningen av pulskärret sker genom ett dränerande gruslager i botten och sedan flödar vattnet vidare ut genom ett ställbart dräneringsrör till slutdammen. Pulskärrens uppgift är att stoppa partiklar och att fungera som ett nitrifierande steg ifall verket i framtiden skulle få ökade reningskrav. I detta arbete har pulskärrens funktion som nitrifierare av ammonium undersökts. Detta genom att sammanställa befintliga driftdata från reningsverket, fältstudier samt en litteraturgenomgång. Målet med fältstudien var att mäta halten ammonium, nitrat och totalkväve i vattnet som gick in och ut ur pulskärret för att se hur halterna ändrades. Dessutom mättes temperatur, syrehalt, pH och konduktivitet. Provtagningen genomfördes på två pulskärr med tömningstiderna två respektive fyra timmar. Resultaten visade att ammoniumhalterna halveras i pulskärren. Inkommande ammonium till pulskärren var cirka 3 mg/l under studien men om ammoniumkoncentrationen skulle öka kommer nitrifikationen antagligen ske i liknande utsträckning. Detta då liknande system påvisat sådana resultat. Ökad tömningstid för pulskärren medför ökad nitrifikation, pulskärren bör därför ställas om så att tömning sker under cirka fyra timmar. För att hitta en optimal tömningstid bör vidare undersökningar göras. Forsmarks avloppsreningsverk möter de reningskrav som ställts med marginal. Trots att detta inte var syftet, avskiljs 80 % av inkommande kväve och det kunde konstateras att den största kväveavskiljningen sker i SBR-reaktorn. Kvävereduktionen har uppstått då verket haft låg belastning samtidigt som mycket syre tillsatts till processen. Då rening genom pulskärr sker efter att vattnet passerat genom SBR-reaktorerna borde luftningen kunna minskas för att istället utnyttja pulskärrens nitrifierande egenskaper. Svensk kärnbränslehantering AB har planer på att leda lakvatten till reningsverket för att avskilja kväverester, skulle detta ske kommer flödena över pulskärren att öka. Att den hydrauliska belastningen ökar borde inte utgöra några problem då flödena troligen inte kommer överstiga pulskärrens kapacitetsgränser. I extrema fall kan tömningstiden på pulskärren minskas.Forsmark wastewater treatment plant treats wastewater using an active sludge process in sequencing batch reactors (SBR:s) and followed by constructed wetlands. The wetlands consist of four intermittent loaded soil filters (ILS:s) and a pond. The ILS:s is designed as pools filled with filter material and with a plant-grown surface. One of the ILS:s fills up with water when one of the SBR reactors is emptied. The water flows out over the surface as it percolates into the bed. When the SBR reactor is emptied, the entire ILS becomes saturated. The ILS then drains through a drainage gravel layer at the bottom and further through an adjustable drainage pipe into the dam. The purpose of the ILS:s is to work as extra filter for removal of the remaining particles and escaping sludge. They have also been thought to act as a nitrifying step if the plant would have tougher cleaning requirements in the future. In this report, the function of the ILS:s as nitrifying steps was investigated by compiling existing operating data from the treatment plant, with conducted field studies and through a literature review. The field study aimed at measuring ammonium, nitrate and total nitrogen in the water at the entering and the outlet in the ILS to see how the different nitrogen concentrations was affected. Temperature, oxygen, pH and electricalconductivity were also measured. The sampling was done on two ILS with different drainage time, two and four hours. The results showed that the ILS:s nitrifies the incoming water with an average efficiency of 50 % depending on the ammonium contentration in the incoming water. An increased drainage time for the ILS seamed to result in better nitrification. Therefore, the ILS:s should be changed to drain for at least four hours. Should the ammonium concentration increase above 3 mg/l the nitrification rate would probably be about the same. Similar systems such as have shown similar nitrification removal but with higher ammonia concentrations. Forsmarks wastewater treatment plant meets the purification requirements imposed on the plant with margin. It is remarkable that, without planning for any nitrogen removal, the removal is about 80 % of incoming nitrogen, most of which is removed in the SBR reactor. Svensk Kärnbränslehantering AB plans to lead leachate to the treatment plant for nitrogen removal. If this plan is fulfilled, the flows through the ILS will increase. This should not be a problem as the total flow trought the ILS will not exceed the capacity limits of the ILS. In case of high flows, the emptying time of the ILS:s can be reduced