En alltför stor tillförsel av näringsämnen till sjöar och vattendrag orsakar miljöeffekter i form av ökad tillväxt av planktoniska alger i vattenmassan (algblomning) och igenväxning av stränder, syrebrist i bottensedimenten och ändrad artsammansättning för djurplankton och fisk. Utsläpp av kväve i from av ammonium (NH4+) kan omvandlas till ammoniak (NH3) som är toxiskt för de flesta vattenlevande organismer redan vid mycket låga koncentrationer.  För många svenska avloppsreningsverk väntas en skärpning av befintliga reningskrav avseende kväve och fosfor i samband med nya tillståndsprövningar i enlighet med vattendirektivet. Samtidigt kan nya typer av krav komma att baseras på de prioriterade ämnen som identifierats utifrån ramdirektivet. Kiruna avloppsreningsverk väntas vid en framtida omprövning av tillståndet behöva investera i en kvävereningsanläggning för att minska utgående halt av ammonium i det renade avloppsvattnet och bidra till att recipientens status uppnår ”God status”. Genom att jämföra för- och nackdelar med olika reningstekniker med hänsyn till inkommande halter kväve, kvävets väg genom processen, anläggningens lokalisering och tillgängliga ytor, investeringskostnader samt det kalla klimatet har denna studie undersökt olika möjligheter för att reducera mängden ammoniumjoner genom oxidation vid Kiruna avloppsreningsverk. Studien visade att det vid en framtida investering finns ett flertal fördelar med att välja en reaktor med biofilmsbärare (MBBR) som kompletterande steg för kväverening. / An excess of nutrients in lakes and watercourses can cause environmental effects such as increased growth of planktonic algae (algal bloom) in the water and reed vegetation at the beaches, lack of oxygen in the bottom sediment and altered species composition. Emission of nitrogen in the form of ammonium (NH4+) can be converted to ammonia (NH3) which is toxic to most aquatic organisms already at very low concentrations. For many Swedish waste water treatment plants, stricter emission standards is expected for nitrogen and phosphorus in accordance with the EU Water Framework Directive (WFD). Simultaneously, new types of emission requirements may be based on the priority substances identified on the basis of the WDF. In the future, the Kiruna waste water treatment plant is expected to need to invest in a nitrogen treatment plant to reduce the emissions of ammonium in the purified wastewater, to help the recipient’s status achieve “Good status”. By comparing the advantages and disadvantages of various purification techniques with regard to incoming nitrogen levels, the levels of nitrogen through the process, the plant’s location and available areas, investment costs and the cold climate, this study has investigated various possibilities for reducing the amount of ammonium by oxidation at the Kiruna waste water treatment plant. The study showed that in a future investment, there are several benefits of choosing a moving bed biofilm reactor (MBBR) as a complementary step for nitrogen removal.

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.

Människan ger upphov till avloppsvatten varje dag. Kommunalt avloppsvatten är rikt på kol, kväve och fosfor, vilka har en stor miljöpåverkan. Vattenrening är i och med detta en nödvändighet för att minimera den antropogena inverkan på naturen och den biologiska mångfalden. Genom att rena vatten i avloppsreningsverk så kan halterna av dessa ämnen reduceras markant. Ett av många reningsverk är Himmerfjärdsverket som är beläget i Sverige, som bland annat använder deammonifikation vilket är en vattenreningsmetod för att rena ammoniumrikt avloppsvatten. I det här examensarbetet genomförs en livscykelanalys för att utvärdera hela reningsverkets miljöprofil under år 2019 och år 2015. Dessa två år använder sig utav två olika deammonifikationsmetoder, nämligen DEMON och DeAmmon. Resultaten utvärderas enligt följande miljöpåverkanskategorier: växthuseffekt, övergödning i marina- och sötvattensekosystem, humantoxicitet, ozonnedbrytning och försurning.  Livscykelanalysen genomfördes i mjukvaran GaBi med ecoinvent version 3.3 som databas och ReCiPe som metod. Resultaten tyder på att de största bidragande orsakerna till miljöpåverkan beror på anaerob rötning av slam, vilket är en process som stabiliserar slam och även från utsläpp till mark som uppkommer genom deponering av rötat slam. Andra faktorer som bidrar till miljöpåverkan är kemikalier, utsläpp av det behandlade avloppsvattnet och övriga uppkomna utsläpp från olika processer. Inom analysens gränser så dras även slutsatsen att det inte är någon markant skillnad på de två reningsmetoderna. / We, the humans, give rise to wastewater everyday. Municipal wastewater is rich in carbon, nitrogen and phosphorus, of which have large impacts on the environment. Wastewater treatment is therefore a necessity to minimize the anthropogenic impacts on both nature and biodiversity. To reduce the content of these substances, the wastewater is treated in wastewater treatment plants. One of them is Himmerfjärdsverket located in Sweden that uses, among others, deammonification of which is a biological technology for treating ammonium rich wastewaters. In this thesis, a life cycle assessment is conducted in order to do an overall evaluation of the environmental profile of this entire plant during two different years, 2019 and 2015. These years also have different deammonification technologies implemented, DEMON and DeAmmon. The results are evaluated upon the following impact categories: climate change, freshwater and marine eutrophication, human toxicity, ozone depletion and acidification.The impact assessment is conducted in GaBi software with the database ecoinvent version 3.3 and ReCiPe as method. Results indicate that the main contributors to pollution are due to anaerobic digestion, which is a process that stabilize sludge and also from emissions to soil that arise from disposal of digested sludge. Other large impacts come from chemicals that are added to the process, the effluent and other arising emissions from the different processes. It is further concluded that there are no major differences between the two deammonification technologies within the boundaries of this assessment.