Syftet var att finna en biologisk behandlingsmetodik för avloppsvatten som skullekunna reducera utsläpp av näringsämnen till recipienten Humlebäcken frånavloppsreningsverket (ARV) i Nyvång. Nyvångs reningsverk planeras uppgraderas och utökas och därtill har ärendet nekats då utsläpp till Humlebäcken förfaras bli för höga. Mikroalger som behandlingsmetod för avloppsvatten undersöktes via litteraturanalys ibåde svenska klimat och vid uppskalning. Det kunde inte hittas metodik eller teknik för att på industriell skala använda mikroalger till behandling av avloppsvatten idag. Dock presenteras flera olika tekniker som kan kopplas samman för ökad effektivitet. Vidare finns det stor potential om att mikroalgssystem kan kopplas samman med andra industriers spillvärme och rökgaser för ökad produktion av biomassa och rening av rökgas. Andra former av kemisk försedimentering och anaerob behandling från Energipositiv Rening presenteras, möjligheten finns att dessa kan kopplas samman med mikroalgssystem för komplett behandling till lägre kostnader av konventionell behandlingsteknik. Till slut presenteras påverkande faktorer vid nordiska klimat och utmaningar i form av striktare reningskrav och återföring av slam. Det presenteras kort om andra biologiska tekniker som svampodling och multitrofiskt vattenbruk vilka kan kopplas samman medmikroalgssystem för ökad resurseffektivitet och högre reningsgrad. Se figur 18 förgrafisk summering. / The purpose was to find a biological treatment method for wastewater which could reduce emissions of nutrients to the recipient Humlebäcken from the wastewater treatment plant (WWTP) in Nyvång. Since Nyvång WWTP plans to upgrade and expand have been denied for fears of further contamination of Humlebäcken. Microalgae as a treatment method was examined in this literature analysis for Swedish climates and upscaling. For industrial purposes no technique or method could befound which could be applied to wastewater currently. Several techniques are presented however in the hopes that in combining them a higher efficiency might beachieved. If microalgae systems could be integrated with waste heat and flue gas from industry, then higher productivity could be achieved whilst reducing emissions from the flue gas. Other forms of pre-sedimentation and anaerobic treatment methods from EnergyPositive Purification systems are presented as there's a possibility these can be connected to microalgae systems for complete treatment and less costs. Factors which affect microalgae cultivation in Nordic climates and challenges in terms of stricter emission requirements and reuse of sludge are presented lastly. Other biological treatment methods like mushroom and multi-trophic aquaculture which can be integrated to microalgae systems are shown in hopes of achieving higher resource efficiency and pollution reduction. See figure 18 for graphical abstract.

Municipal wastewater treatment plants (WWTP) are important infrastructural components in a society and also important for sustainability. In a WWTP the most common treatment configuration is mechanical, biological, and chemical treatment of the wastewater. The treatments reduce nutrients and organic matter before the water is transferred to the recipient. During wastewater treatment, sludge is produced and then stabilized in an anaerobic digestion (AD) process.  The Käppala Association operates the third largest WWTP in Sweden. In the future the Käppala plant is expecting an increased number of connected households and also stricter sludge hygienization regulations. This implies that current strategies for the WWTP have to be developed. One idea has been to use a thermophilic AD process instead of mesophilic AD.Thermophilic AD has previously been shown to have higher capacities, lower hydraulic retention times (HRT) and increased pathogenic destruction compared to their mesophilic counterpart. A common negative aspect for a thermophilic process has been process instability.  In this study a 5 m3 pilot plant rented from Research Institutes of Sweden (RISE) was used to evaluate maximal organic loading rate (OLR) for a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate. Four HRT were chosen, and each HRT was maintained for 3 retention times. Laboratory analyzes of the raw and digested sludge and on-line monitoring were performed regularly to collect information about process stability and efficiency. The pilot plant was controlled through a surveillance system where operating parameters were introduced. The main objectives of this study were to investigate how an increase of OLR affected pH, alkalinity, and volatile fatty acid (VFA) content and also how the alkalinity and VFA affected the process stability. Gas composition, gas production, degree of digestion (DD) and foaming were also investigated throughout this study. Results showed that VFA initially increased, and alkalinity decreased when every OLR increase occurred. The VFA and alkalinity returned to lower values after the process was given time to recover during constant OLR. The OLR increase caused slight variations in process pH but not enough for process failure. Increased OLR did not seem to have a large impact on the DD since it seemed to remain between 40-50% throughout the entire study. Composition monitoring showed an increased hydrogen sulfide content in the gas as a consequence of increased OLR. An OLR increase also lead to a volumetric gas production (VGP) and volumetric methane production (VMP) increase while efficiency of the AD process was seen to decrease when evaluating specific gas production (SGP) and specific methane production (SMP). The conclusion of the study was that a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate could be operated with an OLR of 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1and a HRT of 7 days. Maximal OLR for a stable thermophilic AD process was never achieved due to the process remaining relatively stable the entire experimental period. The process recovered from signs of instability during all HRT-transition times indicating it can maintain all investigated OLR. / Kommunala avloppsreningsverk är en viktig infrastruktur i ett samhälle och även viktigt för hållbarheten. I ett avloppsreningsverk renas spillvatten genom mekaniska, biologiska och kemiska behandlingar processteg. Behandlingarna minskar näringsämnen och organiskt material innan vattnet rinner ut i recipienten. Vid rening av avloppsvatten erhålls slam. Slammet kan användas som substrat för en anaerobisk nedbrytningsprocess. Käppalaförbundet driver det tredje största reningsverket i Sverige. I framtiden förväntas antal anslutna hushåll till reningsverket att öka samt strängare slamhanteringskrav appliceras. Detta innebär att nuvarande slamstrategi måste utvecklas. En idé är att tillämpa en termofilrötnings process. En termofil rötningsprocess har visat sig ha högre kapacitet, lägre uppehållstider och ökad patogen reduktion i jämförelse med en mesofil rötning. En nackdel med termofil rötning är den försämrade processtabiliteten.  I denna studie har en 5 m3 pilotanläggning inhyrd från RISE använts för att utvärdera den maximala organiska belastningen för en stabil termofil rötningsprocess med blandslam som substrat. Fyra uppehållstider valdes och varje uppehållstid hölls tre gånger. Regelbundna analyser av rå och rötslam utfördes för att erhålla information om process stabilitet och effektivitet. Pilotanläggningen styrdes genom ett människa-maskingränssnitt där driftparametrar matades in. Huvudmålen för studien var att se hur en ökning av organisk belastning påverkade pH, alkaliniteten och halt av flyktiga fettsyror samt att undersöka alkalinitetens och halten av flyktiga fettsyrors påverkan på processtabiliteten. Påverkan av en ökad organisk belastning på gas sammansättning, gasproduktion, rötningsgrad har även undersökts. Resultaten visade att flyktiga fettsyror initialt ökade och alkaliniteten minskade vid en belastnings ökning. Flyktiga syror och alkalinitet återgick till mer stabila värden efter processen fick återhämta sig vid en konstant belastning. Belastningsökningen orsakade små variationer i pH värdet men inte tillräckligt för att orsaka processkollaps. En ökad belastning verkade inte ha någon större påverkan på rötningsgraden då den låg runt 40–50% hela rötningsperioden. Skumutvecklingen visade sig inte heller vara ett problem. Resultaten visade även att väte sulfid ökade i gasen när en belastningsökning gjordes. Den volymetriska gas och metan produktionen ökade vid en ökad OLR medan specifika gas och metan produktionen minskade. Slutsatsen var att en stabil termofil rötningsprocess av blandslam kan drivas med en organisk belastning på 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1 och en uppehållstid på 7 dagar. Maximal belastning för stabil termofil rötningsprocess uppnåddes dock ej då processen förblev relativt stabil under alla undersökta uppehållstider. Processen återhämtade sig även efter tecken på instabilitet vilket indikerar att AD processen kan behålla stabilitet vid de undersökta belastningar.

Avloppsreningsverk utgör en viktig spridningsväg för läkemedelsrester till den akvatiska miljön. Även per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) har påvisats i utgående vatten från avloppsreningsverk. För att minska utsläpp av dessa krävs ett kompletterande reningssteg. Syftet med denna studie var att utvärdera utökad rening av avloppsvatten med granulerat aktivt kol (GAK) och anjonbytare (AIX, Anion exchange resin). Underlag för utvärdering utgjordes av resultat från pågående pilotstudie vid Kungsängsverket i Uppsala, vilken består av kolonnförsök samt pilotförsök i större skala. I kolonnförsöken testas kombinationen GAK (Cyclecarb 401 eller Filtrasorb 400) i fixerade bäddar, följt av AIX (Purolite 694E) i fixerade samt fluidiserade bäddar i olika driftlinjer. Kontakttiden (EBCT, Empty Bed Contact Time) var cirka 15 minuter för GAK respektive 5 minuter för AIX. I pilotförsöken inkluderas även tvåstegsdrift av GAK med EBCT på cirka 14 minuter per filter. Vid slutet av denna studie hade cirka 36 000 till 37 000 bäddvolymer (BV) behandlats med GAK, respektive 98 000 till 116 000 BV med AIX i kolonnförsöken. I pilotförsöken hade cirka 5 000 till 10 000 BV behandlats med GAK samt cirka 8 000 till 31 000 BV med AIX. Reningseffektivitet utvärderades avseende avskiljning av diklofenak, oxazepam, metoprolol, citalopram samt PFOS eftersom dessa i tidigare studie pekats ut som mest utmanande för mottagande vattenmiljö. En högre avskiljning av oxazepam, metoprolol och citalopram uppnåddes med GAK än med AIX, där Cyclecarb 401 uppvisat högst reduktion. För diklofenak och PFOS uppnåddes en högre avskiljning med kombinationen GAK följt av AIX än med enbart GAK. Driftkostnad och klimatpåverkan utvärderades för samtliga adsorbenter samt för specifika scenarion vid Kungsängsverket. Scenarierna inkluderar olika reningsmål för avancerad rening med singel- respektive tvåstegsdrift av GAK samt GAK följt av AIX. Reningsmålen avser en 80 procentig genomsnittlig reduktion över tid av diklofenak, oxazepam, PFOS eller en kombination av dessa. Vid ekvivalent dos av adsorbenterna resulterade Cyclecarb 401 i den lägsta driftkostnaden och klimatpåverkan. Lägst driftkostnad för samtliga reningsmål erhölls med tvåstegsdrift av GAK. För avskiljning av PFOS eller PFOS och diklofenak erhölls lägst klimatpåverkan med kombinationen GAK följt av AIX. För resterande reningsmål erhölls lägst klimatpåverkan med tvåstegsdrift av GAK. I tillägg utfördes en regressionsanalys för att undersöka om enkla mätningar av löst organiskt kol (DOC) eller ultraviolett absorbans (UVA) kan användas som uppföljningsmetod för reningseffektiviteten. Ingen korrelation kunde dock fastställas mellan skillnaden i ingående och utgående koncentration eller absorbans av DOC, UVA och diklofenak, oxazepam eller PFOS. / Wastewater treatment plants are an important source for the spread of pharmaceuticals to the aquatic environment. Per- and polyfluorinated alkyl substances (PFASs) have also been detected in outgoing wastewater. To reduce emissions of these micropollutants, an advanced treatment process is required.  This study aimed to evaluate advanced treatment with granular activated carbon (GAC) and anion exchange resin (AIX), using results from an ongoing pilot study at the wastewater treatment plant Kungsängsverket in Uppsala, Sweden. The pilot study consists of column tests and pilot tests in larger scale. The column tests consist of the combination of GAC (Cyclecarb 401 or Filtrasorb 400) in fixed beds, followed by AIX (Purolite 694E) in fixed or fluidized beds in different operating lines. Contact time (EBCT, Empty Bed Contact Time) was 15 minutes for GAC and 5 minutes for AIX. The pilot tests include two-stage operation of GAC with EBCT of 14 minutes per filter. At the end of this study, in the column tests, approximately 36 000 bed volumes (BV) had been treated with GAC and 98 000 to 116 000 BV with AIX. In the pilot tests, 5 000 to 10 000 BV had been treated with GAC and 8 000 to 31 000 BV with AIX. Treatment efficiency was evaluated for diclofenac, oxazepam, metoprolol, citalopram and PFOS, since these were identified as prioritized substances in a previous study. A higher reduction of oxazepam, metoprolol and citalopram were obtained using GAC compared to AIX, where Cyclecarb 401 showed the highest reduction. For diclofenac and PFOS, a higher reduction was achieved for the combination of GAC followed by AIX compared to GAC alone.  Operating cost and climate impact were evaluated for the adsorbents as well as for specific scenarios at Kungsängsverket, that includes different treatment goals for single stage and two-stage operation of GAC, and GAC followed by AIX. Treatment goals consists of an 80 percent average reduction over time of diclofenac, oxazepam, PFOS, or a combination of these. For an equivalent dose of adsorbent, the lowest operating cost and climate impact was obtained with Cyclecarb 401. The lowest operating cost for all the treatment goals was obtained with two-stage operation of GAC. For reduction of PFOS or PFOS and diclofenac, the lowest climate impact was obtained with the combination of GAC followed by AIX. For the remaining treatment goals, the lowest climate impact was obtained with two-stage operation of GAC.   In addition, a regression analysis was preformed to evaluate whether measurements of dissolved organic carbon (DOC) or ultraviolet absorbance (UVA) could serve as a prediction method for the treatment efficiency of organic micropollutants. However, the regression analysis showed no correlation between the reduction of DOC, UVA, and diclofenac, oxazepam or PFOS.

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.