Vor dem Hintergrund saisonaler Einflussfaktoren stellen ländlich strukturierte Gebiete besondere Anforderungen an Bemessung und Betrieb von Kläranlagen. Tourismus bildet neben landwirtschaftlich bedingten Ernte- und Verarbeitungskampagnen den bedeutendsten Faktor für saisonale Belastungsschwankungen. Da der größte Teil der Fremdenverkehrseinrichtungen über weniger als 100 Übernachtungsplätze verfügt, besteht bei fehlendem Kanalanschluss ein entsprechender Bedarf an Klein- und Kleinen Kläranlagen zur Behandlung der anfallenden Abwässer. Die Bemessung von Kläranlagen der Größenklasse 1 wird bei fehlenden Messwerten auf Grundlage der im ATV-DVWK-A 198 (2003) als 85-%-Perzentil angegebenen einwohnerspezifischen Frachten durchgeführt. Abwasser aus einfachen Fremdenverkehrseinrichtungen wie Campingplätzen und Hütten weist im Vergleich zur üblichen kommunalen Abwasserzusammensetzung bezogen auf CSB und BSB5 höhere Anteile an Stickstoff- und Phosphorverbindungen auf. Die spezifischen Stickstofffrachten liegen i. M. bei 10 – 11 g/P/d, die spezifischen CSB-Frachten bei i. M. 52 – 68 g/P/d. Die tatsächlichen Frachten werden von der Ausstattung (Restaurant, Wäscherei, etc.) der jeweiligen Unterkunft beeinflusst und sind in der Bemessung gesondert zu berücksichtigen. Für die Behandlung saisonal anfallender Abwässer eignen sich Verfahren mit großem vorgeschaltetem Puffervolumen oder Anlagen mit großem internem Puffer, wie z. B. Bodenfilteranlagen. Anaerobe Vorbehandlungsanlagen wie Anaerobic Baffled Reactors (ABR) können bei entsprechenden Temperaturen zur Frachtentlastung nachgeschalteter aerober Stufen beitragen. Unter gemäßigten Klimabedingungen werden inklusive Sedimentationsprozessen in Vorklärbecken i. M. 50 % des zugeführten CSB eliminiert. Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit des CSB-Abbaus, der Dauer des Einfahrbetriebs, der Empfindlichkeit gegenüber zu hohem Schlammabzug und des nicht berechenbaren Feststoffabtriebs ist unter gemäßigten Klimabedingungen und ohne technische Weiterentwicklung des Verfahrens keine über den Wirkungsgrad von Absetzanlagen hinausgehende Eliminationsleistung bei der Bemessung kalkulierbar. Für saisonal belastete Bodenfilter stellt die Abminderung des Flächenbedarfs bzw. die Steigerung der CSB-Flächenbelastung analog zum nicht belasteten Zeitraum eine betriebssichere und wirtschaftliche Lösung dar, bei der die Einhaltung der Mindestanforderungen gewährleistet ist. Bei geforderter Nitrifikation ist aufgrund des hohen TKN-Konzentrationsniveaus im Abwasser aus Fremdenverkehrseinrichtungen ein Wirkungsgrad von > 95 % für die TKN-Elimination erforderlich. Im Abwasser enthaltene Hemmstoffe, insbesondere in Vorkläranlagen gebildetes Sulfid, können die Nitrifikation beeinträchtigen. Dabei werden Ammoniumoxidation und Nitritoxidation gehemmt. Charakteristisch sind hohe NH4-N- und NO2-N-Konzentrationen im Ablauf (Extremwerte bis zu 55 mg NO2-N/l). Während sich Nitritoxidierer über mehrere Jahre an dauerhaft hohe Sulfidkonzentrationen adaptieren können, wird die Ammoniumoxidation direkt über die Sulfidkonzentration beeinflusst. / In rural communities seasonal factors complicate design and operation of wastewater treatment plants. Tourism as well as agricultural harvesting and processing campaigns are the major causes for seasonal load variations. Due to the fact that accommodation capacities in rural tourism industry rarely exceed 100 beds small sewage treatment plants are acquired if a connection to a sewer system is not feasible. Small wastewater treatment plants can be designed using the population equivalents (PE). According to the German Water Association spreadsheet ATV-DVWK-A 198, PEs are defined as the 85-%-percentile input load. Wastewater of basic accommodations like camping sites and lodges contains higher levels of nitrogen and phosphorous compounds than 'standard' domestic wastewater. The mean specific nitrogen loads reach 10 – 11 g/guest/d, the mean specific COD-load 52 – 68 g/guest/d. The special amenities of vacation homes (restaurant, laundry) affect the real loads and have to be considered in dimensioning. Regarding the treatment of seasonal wastewater, processes with large upstream buffer or large internal buffer, such as constructed wetlands, are suitable. Furthermore, at moderate temperatures anaerobic pretreatment devices, like anaerobic baffled reactors (ABR), can reduce the input load to aerobic post treatment stages. An approximate COD elimination of 50 % can be expected by anaerobic degradation and sedimentation in the ABR in combination with upstream primary clarifiers at around 20 °C. Due to the strong temperature dependence, the long start-up-period, the sensitivity towards fail-desludging, the generation of immediate oxygen demand at low temperatures as well as unpredictable sludge overflow events, it does not seem justified to calculate higher design elimination efficiencies for ABRs than for sedimentation tanks. The design of subsurface vertical flow constructed wetlands with seasonally induced high loading periods are approved for the elimination of organic substances. This accepted assumption was confirmed for the plant under investigation operated at a mean COD-load of 20 g/m²/d, not exceeding the effluent control values for COD in six years. In contrast, oxidation of ammonia and nitrite were inhibited by high sulfide levels (mean sulfide concentration: 48 ± 26 mg/L). Nitrite accumulation reached its peak value at 55 mg NO2-N/L and decreased within 4 years below 1 mg/L due to the adaption of nitrite-oxidizing microorganisms.

Vor dem Hintergrund saisonaler Einflussfaktoren stellen ländlich strukturierte Gebiete besondere Anforderungen an Bemessung und Betrieb von Kläranlagen. Tourismus bildet neben landwirtschaftlich bedingten Ernte- und Verarbeitungskampagnen den bedeutendsten Faktor für saisonale Belastungsschwankungen. Da der größte Teil der Fremdenverkehrseinrichtungen über weniger als 100 Übernachtungsplätze verfügt, besteht bei fehlendem Kanalanschluss ein entsprechender Bedarf an Klein- und Kleinen Kläranlagen zur Behandlung der anfallenden Abwässer. Die Bemessung von Kläranlagen der Größenklasse 1 wird bei fehlenden Messwerten auf Grundlage der im ATV-DVWK-A 198 (2003) als 85-%-Perzentil angegebenen einwohnerspezifischen Frachten durchgeführt. Abwasser aus einfachen Fremdenverkehrseinrichtungen wie Campingplätzen und Hütten weist im Vergleich zur üblichen kommunalen Abwasserzusammensetzung bezogen auf CSB und BSB5 höhere Anteile an Stickstoff- und Phosphorverbindungen auf. Die spezifischen Stickstofffrachten liegen i. M. bei 10 – 11 g/P/d, die spezifischen CSB-Frachten bei i. M. 52 – 68 g/P/d. Die tatsächlichen Frachten werden von der Ausstattung (Restaurant, Wäscherei, etc.) der jeweiligen Unterkunft beeinflusst und sind in der Bemessung gesondert zu berücksichtigen. Für die Behandlung saisonal anfallender Abwässer eignen sich Verfahren mit großem vorgeschaltetem Puffervolumen oder Anlagen mit großem internem Puffer, wie z. B. Bodenfilteranlagen. Anaerobe Vorbehandlungsanlagen wie Anaerobic Baffled Reactors (ABR) können bei entsprechenden Temperaturen zur Frachtentlastung nachgeschalteter aerober Stufen beitragen. Unter gemäßigten Klimabedingungen werden inklusive Sedimentationsprozessen in Vorklärbecken i. M. 50 % des zugeführten CSB eliminiert. Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit des CSB-Abbaus, der Dauer des Einfahrbetriebs, der Empfindlichkeit gegenüber zu hohem Schlammabzug und des nicht berechenbaren Feststoffabtriebs ist unter gemäßigten Klimabedingungen und ohne technische Weiterentwicklung des Verfahrens keine über den Wirkungsgrad von Absetzanlagen hinausgehende Eliminationsleistung bei der Bemessung kalkulierbar. Für saisonal belastete Bodenfilter stellt die Abminderung des Flächenbedarfs bzw. die Steigerung der CSB-Flächenbelastung analog zum nicht belasteten Zeitraum eine betriebssichere und wirtschaftliche Lösung dar, bei der die Einhaltung der Mindestanforderungen gewährleistet ist. Bei geforderter Nitrifikation ist aufgrund des hohen TKN-Konzentrationsniveaus im Abwasser aus Fremdenverkehrseinrichtungen ein Wirkungsgrad von > 95 % für die TKN-Elimination erforderlich. Im Abwasser enthaltene Hemmstoffe, insbesondere in Vorkläranlagen gebildetes Sulfid, können die Nitrifikation beeinträchtigen. Dabei werden Ammoniumoxidation und Nitritoxidation gehemmt. Charakteristisch sind hohe NH4-N- und NO2-N-Konzentrationen im Ablauf (Extremwerte bis zu 55 mg NO2-N/l). Während sich Nitritoxidierer über mehrere Jahre an dauerhaft hohe Sulfidkonzentrationen adaptieren können, wird die Ammoniumoxidation direkt über die Sulfidkonzentration beeinflusst. / In rural communities seasonal factors complicate design and operation of wastewater treatment plants. Tourism as well as agricultural harvesting and processing campaigns are the major causes for seasonal load variations. Due to the fact that accommodation capacities in rural tourism industry rarely exceed 100 beds small sewage treatment plants are acquired if a connection to a sewer system is not feasible. Small wastewater treatment plants can be designed using the population equivalents (PE). According to the German Water Association spreadsheet ATV-DVWK-A 198, PEs are defined as the 85-%-percentile input load. Wastewater of basic accommodations like camping sites and lodges contains higher levels of nitrogen and phosphorous compounds than 'standard' domestic wastewater. The mean specific nitrogen loads reach 10 – 11 g/guest/d, the mean specific COD-load 52 – 68 g/guest/d. The special amenities of vacation homes (restaurant, laundry) affect the real loads and have to be considered in dimensioning. Regarding the treatment of seasonal wastewater, processes with large upstream buffer or large internal buffer, such as constructed wetlands, are suitable. Furthermore, at moderate temperatures anaerobic pretreatment devices, like anaerobic baffled reactors (ABR), can reduce the input load to aerobic post treatment stages. An approximate COD elimination of 50 % can be expected by anaerobic degradation and sedimentation in the ABR in combination with upstream primary clarifiers at around 20 °C. Due to the strong temperature dependence, the long start-up-period, the sensitivity towards fail-desludging, the generation of immediate oxygen demand at low temperatures as well as unpredictable sludge overflow events, it does not seem justified to calculate higher design elimination efficiencies for ABRs than for sedimentation tanks. The design of subsurface vertical flow constructed wetlands with seasonally induced high loading periods are approved for the elimination of organic substances. This accepted assumption was confirmed for the plant under investigation operated at a mean COD-load of 20 g/m²/d, not exceeding the effluent control values for COD in six years. In contrast, oxidation of ammonia and nitrite were inhibited by high sulfide levels (mean sulfide concentration: 48 ± 26 mg/L). Nitrite accumulation reached its peak value at 55 mg NO2-N/L and decreased within 4 years below 1 mg/L due to the adaption of nitrite-oxidizing microorganisms.

Lustgas är en växthusgas, ca 300 gånger mer potent än koldioxid och som har potential att bryta ned ozonlagret med sin livslängd på 120 år i atmosfären. Lustgasutsläppen beräknas ha ökat med mellan 20–30% sedan förindustriell tid vilket tros bero på en ökad användning av konstgödsel i jordbrukssektorn men en del av all lustgas som bildas kommer från avloppsreningsverk vilka står för ca 1,6% av lustgasavgången till atmosfären där Henriksdals reningsverk bidrar med lustgasproduktion. Under 2021 beräknade man en lustgasavgång från Henriksdals reningsverk på ca 37 ton, vilket kan jämföras med klimatavtrycket på 10 000 nyregistrerade bilar vid körningar på ca 1500 mil/år. Syftet med rapporten var att undersöka om det gick att beräkna mängden kväve i avgående lustgas och jämföra det med hur mycket av den beräknade lustgasen som avgår till luft av andelen renat ammonium, samt att undersöka olika strategier för minimering av lustgasproduktion. Det finns flera vägar till lustgasbildning i de biologiska reningsprocesserna i verket. Tre huvudspår finns dock till lustgasbildning varav autotrof nitrifikation var aktuell för detta examensarbete. Flera driftsstrategier finns att tillgå för att undersöka hur lustgasproduktion påverkas av olika faktorer. Under detta examensarbete undersöktes en av dessa, syrebörvärden, där ett fast syrevärde i den luftade bassängen antingen skulle minska eller öka lustgasproduktionen beroende på luftningsintensitet och ammoniumkoncentration i vattnet. Lustgasavgången beräknades bestå till 0,19% av kväve renat från ammoniumbelastningen. Resultatet visade att vid låga syrehalter i vattnet fanns en lägre andel lustgasbildning jämfört med högre luftningsintensitet. Nackdelen blev dock att andelen renad ammonium sjönk i blocket. Vid högre luftningsintensitet var lustgasavgången högre i ett av huvudscenariona. I det andra scenariot med hög luftning var andelen renat ammonium lägre än i första scenariot, men med låga lustgashalter. Slutsatsen blev att lustgas kan bildas under olika förutsättningar men att under just den här studien var lustgasproduktionen som högst när nitrifikationen var som mest effektiv. / Nitrous oxide is a greenhouse gas, almost 300 times more potent than carbon dioxide, and which has the potential to deplete the ozone layer with its lifetime of 120 years in the atmosphere. Nitrous oxide emissions are estimated to have increased between 20–30% since pre-industrial times, which is believed to be due to increased use of artificial fertilizers in the agricultural sector, but part of all nitrous oxide that is formed comes from wastewater treatment plants, which account for approx. 1.6% of nitrous oxide emissions to the atmosphere where Henriksdals treatment plants contribute to nitrous oxide production. In 2021, nitrous oxide emissions from Henriksdal's treatment plant were calculated to be approximately 37 tons, which can be compared to the climate footprint of 10,000 newly registered cars driven approximately 15 000 km per year. The aim of the report was to investigate whether it was possible to calculate the amount of nitrogen in outgoing nitrous oxide to compare it with how much of the calculated nitrous oxide is emitted to air from the proportion of purified ammonium, as well as to investigate different strategies for minimizing nitrous oxide production. There are several routes to the formation of nitrous oxide in the biological purification process in the plant. There are, however, three main tracks for nitrous oxide formation, of which autotrophic nitrification was relevant for this degree project. Several operational strategies are available to investigate how nitrous oxide production is affected by various factors. During this thesis, one of these, oxygen set-point, was investigated, where a fixed oxygen value in the aerated basin would either decrease or increase nitrous oxide production depending on aeration intensity and ammonium concentration in the water. The nitrous oxide discharge was calculated to consist of 0.19% nitrogen purified from the ammonium load. The result showed, that at low oxygen levels in the water, there was a lower proportion of nitrous oxide formation compared to higher aeration intensity. The disadvantage, however, was that the proportion of purified ammonium decreased in the block. At higher aeration intensity, nitrous oxide emissions were higher in one of the main scenarios. In the second scenario with high aeration, the proportion of purified ammonium was lower than in the first scenario, but with low levels of nitrous oxide. The conclusion was that nitrous oxide can be formed under different conditions, but during this study, nitrous oxide production was highest when nitrification was most efficient.

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater. / L’estudi de l’eliminació biològica de nutrients s’ha dut a terme durant dècades. Tot i això, la influencia de l’home i l’augment de la demanda d’aigua han forçat a les instal•lacions a treballar a la seva capacitat màxima. Així, l’objectiu de la tesi és obtenir sistemes més compactes per a l’eliminació de nutrients de les aigües residuals. En aquest sentit, s’ha investigat l’optimització i estabilització de reactors amb alts volums d’intercanvi, tractant més aigua. Amb el mateix objectiu, el fang granular aeròbic va ser proposat com una alternativa fiable per tal de reduir l’espai i incrementar les càrregues de les depuradores. Tot i això, la granulació amb influents de baixa càrrega (menors a 1 Kg dQO•m-3d-1) resulta més lenta i més dificultosa alhora d’obtenir l’estat estacionari. Per aquesta raó es van investigar diferents metodologies i condicions d’operació per tal de millorar la granularció i l’eliminació de nutrients de les aigües urbanes.

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