Der er ressourcer i Spildevand

Cirkulær bioøkonomi Udnyttelse af ressourcerne i spildevand kan blive en krumtap i en cirkulær bioøkonomi.

Vanding på mark Samsø

Perspektiverne i denne nye tilgang til vandrensning er kolossale. Det vil vende op og ned på den måde, vi hidtil har tænkt vandrensning på, og gøre det muligt at etablere en tæt symbiose mellem landbrugsog energiproduktion, og som sådan blive en nøgle infrastruktur i en fremtidig cirkulær bioøkonomi.

© Mikael B. Hansen
Momentum+

Hvis vi i fremtiden skal have en bæredygtig bioøkonomi, som ikke blot er økologisk, men fuldt cirkulær, skal vi føre ressourcerne i spildevandet tilbage til landbrugsjorden - uden risiko.

Det gælder selve vandet og de næringsstoffer og andre organiske stoffer, det indeholder. På Samsø blev i 2017 testet to nye løsninger til rensning af spildevand, som kan gøre dette muligt.

Løsningerne lader næringsstofferne blive i vandet, så det kan anvendes som næringsholdigt vandingsvand samtidig med, at der kan produceres energi af det organiske stof.

Ideen til projekterne udsprang af idéen om at lægge et cirkulært, økonomisk tankesæt ned over spildevandsrensning i byområder omgivet af landbrugsland. Vandet og næringsstofferne i spildevandet tænkes ind i det lokale ressourcekredsløb som værdifuldt input i landbrugsproduktionen.

Hvorfor bruge kræfter på at fjerne kvælstof og fosfor, som det bliver gjort i en normal renseproces? Hvis vandet skal bruges til vanding, og næringsstofferne ligeså godt kan føres direkte tilbage til markerne med vandet?

Hvis det er muligt, kan lokale spildevandsanlæg blive drevet i symbiose med den omkringliggende landbrugsproduktion. Forretningsmodellen for spildevandsselskaber vendes på hovedet fra at være problemløsere til at blive ressourceleverandører.

Vand er en knap ressource på Samsø. Der kan ikke pumpes uanede mængder grundvand op til vanding, da der er risiko for at trække saltvand ind i grundvandet, hvis der pumpes for hårdt på magasinerne på en ø omgivet af hav.

For i fremtiden af have vand nok til landbrugsproduktionen (og sikre en stabil produktion år for år) er der behov for at gemme det vand, som falder om vinteren, til brug for vanding om sommeren. Enten i overflademagasiner eller i grundvandet. Desuden skal alle vandressourcer på øen udnyttes - ikke mindst spildevandet.

De to renseløsninger

I projektet Vandingssymbiosen blev det testet, om det er muligt at omsætte organisk stof i spildevandet og rense for forurenende skadestoffer uden at fjerne kvælstof og fosfor i vandet. Det skete ved at køre renseprocesserne uden nitrifikation/denitrifikation og fosforfældning.

SBBR-reaktor Samsø
SBBR-reaktoren på Samsø.
© Niels Mikkelsen

Der blev demonstreret to hovedrenseprocesser, hhv. ’Sequencing Batch Biofilm Reactor’ (SBBR) og en ’Membrane Bio Reaktor’ (MBR), hvor der sker en omsætning af det organiske stof og miljøfremmede stoffer og evt. tungmetaller tilbageholdes i slammet.

Inden spildevandet blev ledt til hver af disse reaktorer, blev det grovrenset for store partikler og fremmedlegemer på et båndfilter. Fra spildevand til biogas?

I DOGAS (Direkte opkoncentrering af spildevand til biogasproduktion) blev det testet, om det er muligt at separere det organiske stof fra spildevandet, så det kan omsættes i en biogasreaktor med kort opholdstid.

Herefter kan slammet anvendes som jordforbedrende, organisk gødning i landbruget og vandet som næringsholdigt vandingsvand. Opkoncentreringen sker ved en ’Direkte Membran Filtrering’ (DMF), dvs. uden en biologisk omsætning før og under filtreringen.

Efter hovedrenseprocessen blev vandet fra de to processer ledt gennem en to-trins efterpoleringsproces. Først blev vandet udsat for ozon i en ozonsøjle for at nedbryde evt. rester af miljøfremmede stoffer. Derefter blev det ledt gennem et sandfilter, som fangede evt. rester af tungmetaller, som måtte være tilbage i vandet efter hovedrenseprocessen.

Pilotkørsler og analyseprogram

Pilotanlægget ved Nordby Renseanlæg blev kørt i 2017. I perioden maj - september i vandingssymbiose drift med hhv. MBR og SBBR biologiske rensemetoder samt efterpoleringstrin med ozonering og sandfilter.

Og i perioden september - oktober i DOGAS-drift med direkte membran filtrering til opkoncentrering af spildevandet og efterfølgende behandling af vandpermeatet med ozon og sandfilter.

Der blev her kørt med to forskellige membrantyper. En ultrafiltreringsmembran på ~0,01-0,02 μm, og en mikrofiltreringsmembran på 0,2 μm. Gennem hele testforløbet er der taget prøver af vandet, som er analyseret for reduktion af organisk stof, fjernelse af miljøfremmede stoffer og tungmetaller - og bevarelse af kvælstof og fosfor i vandet.

Koncentrationen af miljøfremmede stoffer og tungmetaller var ganske lav i det spildevand, der tilflyder Nordby renseanlæg, og for nogle af stofferne ligger niveauet efter renseprocessen under detektionsgrænsen.

Forretningsmodellen for spildevandsselskaber vendes på hovedet fra at være problemløsere til at blive ressourceleverandører.

Niels Mikkelsen

For at kunne dokumentere teknologiernes reelle renseeffekt, blev der derfor lavet en ’spikingkampagne’, hvor der blev sendt vand med ti gange så høje koncentrationer af forurenende stoffer igennem et system af blandetanke.

Resultaterne var overbevisende

Analyseresultaterne for vandingssymbiose-driften var ganske overbevisende. De viste, det er muligt at rense spildevand for organisk stof og forurenende stoffer - og samtidig bevare en stor del af næringsstofferne i vandet, så det kan anvendes som gødningsvand.

Spikingkampagnen viste, at der var næsten komplet fjernelse af både miljøfremmede stoffer og tungmetaller ved hovedrenseteknologierne.

Det betyder, at der ved normale koncentrationer vil være en total fjernelse ved hovedrenseteknologierne - dvs. til under detektionsgrænsen og dermed også grænseværdierne. Ozoneringen tager de sidste rester af miljøfremmede stoffer, der måtte være tilbage.

Men da det er forsvindende små mængder, er spørgsmålet, om den er nødvendig, og om det er tilstrækkeligt blot at lave en hygiejnisering af vandet med UV behandling.

Selvom pilotanlægget kun blev kørt i DOGAS drift i godt en måned, gav pilotkørslen en klar indikation af, at det er muligt at foretage en direkte opkoncentrering af spildevandet vha. membraner.

Analyserne viste en høj tilbageholdelse af organiske stoffer - faktisk med et lavere indhold i permeatet end ved biologisk rensning samtidig med, at næsten al kvælstof går igennem membranen i form af ammonium.

Der er også en lige så høj tilbageholdelse af miljøfremmede stoffer og tungmetaller som ved den biologiske rensemetode - dvs. tæt på 100 pct.

Kort sagt fungerer DOGAS metoden efter hensigten. Men pga. den korte driftstid var det ikke muligt at få et præcist billede af effektiviteten.

Membranreaktor Samsø
Den ene af de to membranreaktorer (MBR og DMF). Teknologierne var installeret i to tyvefods containere opstillet i Norby.
© Niels Mikkelsen

Udfordringen er at undgå biologisk aktivitet i membranreaktoren. Hvordan man undgår det, og hvor ofte membranerne skal renses for at køre optimalt, vil kræve nye og mere omfattende testkørsler, inden teknologien er klar til implementering.

Vandingsforsøg

For at få en indikation af effekten af at anvende gødningsvandet til vanding, blev der mellem august og oktober 2017 udbragt fire gange 10.000 l gødningsvand på 0,1 ha græsmark vest for Nordby. Dvs. at arealet er blevet tilført 40 mm næringsholdigt vand.

Med et gennemsnitligt indhold af kvælstof på 60 mg/l og fosfor på 7 mg/l, blev der tilført de 0,1 ha græsmark 2,4 kg kvælstof (24 kg/ha) og 280 g fosfor (2,8 kg/ha).

Da vandet blev tilført sent i vækstsæsonen, som tilmed havde været meget regnfuld, var effekten ikke så markant, at det vil være muligt at måle den på indhold af protein og kvælstof i græsset.

Den var dog visuelt tydelig i form af en grønnere nuance ved det vandede græs. Havde vandings- forsøget været gennemført i 2018, ville effekten have været større.

Perspektiverne - en nøgle i en ny infrastruktur

Vandingssymbioseprojektet viste, at det er muligt at køre eksisterende renseteknologier uden nitrifikation/denitrifikation og forforfældning og dermed producere sikkert, næringsholdigt vandingsvand.

Denne metode vil med få modifikationer og forbedringer kunne foldes ud i fuld skala. Det, som står i vejen, vil primært være uklarhed om lovgivning på området og mentale barrierer.

DOGAS repræsenterer en ny, banebrydende metode til rensning af spildevand og åbner op for nogle spændende perspektiver om at integrere vandhåndtering med energiproduktion og landbrugsproduktion. Den korte pilotdrift viste, at metoden virker.

Men teknologien skal udvikles yderligere, og driften testes gennem et længere forløb, før den er klar til implementering.

Desuden skal det undersøges grundigt, hvilke organiske stoffer der evt. kunne være i vandfraktionen, når der ikke sker biologisk omsætning, og om disse stoffer optages i planterne ved vanding, og/eller om de omsættes i jorden, inden de når planterne.

I forlængelse heraf skal det afdækkes, hvilke teknologier der kan anvendes som sikkerhedsbarriere for at fjerne disse stoffer. Endelig skal det undersøges, hvilket anvendelsespotentiale det opkoncentrerede spildevand har. Både ift.

biogasproduktion og bioraffinering - fx produktion af bioplast. Der er derfor udviklet et opfølgende projekt, som skal belyse disse spørgsmål, før teknologien er klar til udrulning. I august 2018 blev der sendt en ansøgning om støtte til Innovationsfonden, og der forventes et svar inden udgangen af 2018.

Kan spørgsmålene blive positivt afklaret i dette projekt, vil perspektiverne i denne nye tilgang til vandrensning være kolossale.

Det vil vende op og ned på den måde, vi hidtil har tænkt vandrensning på og gøre det muligt at etablere en tæt symbiose mellem landbrugs- og energiproduktion, og som sådan blive en nøgle i en ny infrastruktur i en fremtidig cirkulær bioøkonomi.