Nitrogen Removal from Reject Water by Deammonification or Adsorption with Biochar : A Study made for Arvidstorp's Waste Water Treatment Plant in Trollhättan

Ett av riksdagens miljömål är att minska övergödande faktorer. En källa till övergödning är kväveutsläpp från avloppsreningsverk. Arvidstorps avloppsreningsverk i Trollhättan väntar en ökad inkommande belastning på grund av befolkningsökning i området samt skarpare krav på utgående halt utsläppt kväve. Detta innebär att planer på att bygga en ny anläggning har satts i verket för att kunna hantera den ökande belastningen. Eventuellt kommer den nya anläggningen inte bli klar innan de nya kraven kommer. Detta gör att reningsverket utreder andra alternativ för att reducera kväve ur avloppsvattnet som kan tas i drift innan den nya anläggningen är klar. Ett alternativ till kväverening är att använda rejektvattenrening eftersom denna avloppsström innehåller höga koncentrationer kväve. Ett annat problem som reningsverket står inför är att kostnaderna för att hantera det avvattnade slammet förväntas öka. Reningsverket utreder därför alternativ för att minska slamvolymen. En biokolsanläggning där biokol tillverkas av det avvattnade slammet skulle kunna vara ett alternativ. Fördelen är att slamvolymen minskar samt att biokol kan användas som vattenrening då det har förmågan att adsorbera ämnen. I detta arbete har två olika tekniker för att rena kväve ur rejektströmmen på Arvidstorps reningsverk studerats. Dessa är dels en beprövad teknik som kallas deammonifikation där kväve renas med bakterier, och dels biokolsadsorption som kvävereningsmetod vilket inte är en lika etablerad reningsteknik på kommunala reningsverk. Deammonifikationsprocessen finns som flera olika tekniker där den som valts för detta arbete är ANITA Mox. ANITA Mox finns som två tillämpningar där den ena är MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) och den andra är IFAS (Integrated Fixed Film Activate Sludge). Målet med detta arbete var att göra en investeingskalkylering för att bedöma hur ekonomiskt försvarbart det är att installera ANITA Mox MBBR eller ANITA Mox IFAS samt uppskatta kvävereningskapaciteten för alternativet med biokolsadsorption. Inga ekonomiska aspekter togs hänsyn till för det senare alternativet. För beräkningarna byggdes modeller i Excel och två olika experiment utfördes. Pyrolysering av rötrest till biokol och adsorption, samt ett luftningsförsök för att bestämma faktorer som krävs vid beräkning av luftbehov för deammonifikationsprocessen. ANITA Mox MBBR ha de lägsta årskostnaderna, trots att IFAS kan reducera mer kväve och därmed har lägre driftkostnader. IFAS kräver dessutom en mindre volym total sett med reaktor och sedimenteringsbassäng inräknat, men anledningen till den högre kostnaden är de extra instrument och komponenter som krävs till sedimenteringsbassängen med slamretur och den kortare livslängden på dessa komponenter som ger den högre årskostnaden. Biokol som reningsmetod är inte en lämplig metod då det krävs 66 gånger mer rötrest för att producera den mängd biokol som krävs för att rena rejektvattnet. Den rötrest som kommer produceras i en framtida anläggning kan endast reducera 1,5 % av kvävemängden.One of the environmental goals for the Swedish parliament is to reduce eutrophic factors. A source of eutrophication is nitrogen emissions from waste water treatment plants. Arvidstorp's waste water treatment plant in Trollhättan expects a population increase and sharper requirements for outgoing nitrogen emissions. This means that plans to build a new plant have been put into operation in order to handle the increasing load. The new facility may not be ready before the new requirements come. The waste water treatment plant is therefore investigating other options for reducing nitrogen from the wastewater. An alternative to nitrogen removal is to use reject water purification since this sewage stream contains high concentrations of nitrogen. Another problem facing the waste water treatment plant is that the costs of handling the dewatered sludge is expected to increase. The treatment plant is therefore looking for alternatives to reduce the sludge volume. A biomass pyrolysis plant where biochar is produced by the dewatered sludge could be an alternative since the advantage is that the sludge volume is reduced and that biochar can be used as water purification as it has the ability to adsorb substances. In this work, two different techniques to remove nitrogen from the reject stream at Arvidstorp's treatment plant has been studied. One is a proven technique called deammonification where nitrogen is purified with bacteria, the other one is biochar adsorption as a nitrogen removal process, however not an equally established purification technique on municipal waste water treatment plants. Several different techniques exists as deammonification processes. The one chosen for this work is ANITA Mox. ANITA Mox is available as two implementations where one is MBBR and the other is IFAS. The goals of this work was to make an investment calculation to assess how economically justifiable it is to install either ANITA Mox MBBR or ANITA Mox IFAS and to estimate the nitrogen removal capacity of the alternative with biochar adsorption. No economic aspects were taken into account for the latter option. For the calculations, models were built in Excel and two different experiments were performed. Pyrolysis of digestion residue for biochar production and adsorption, as well as an aeration test to determine the factors required when calculating the air demand for the deammonification process. ANITA Mox MBBR has the lowest annual costs, even though IFAS can reduce more nitrogen and thus have a greater impact on operating costs. IFAS also requires a smaller reactor volume. The reasons for the higher cost are the extra instruments required for the sedimentation basin and the shorter life span of these components which gives the higher annual cost. Biochar as a purification method is not a suitable method as it requires 66 times more sludge to produce the amount of biochar required to purify the reject water. The sludge that will be produced in a future plant can only reduce 1.5% of the nitrogen load