Till följd av ett mer fluktuerande klimat med ojämna vintrar och längre perioder med nederbörd, har högflödesförhållanden kommit att blivit allt vanligare. Vid högflödesförhållanden ställs det stora krav på reningsverkens kapacitet och reningsprocesser. När belastningen blir för hög tvingas en del vatten att bräddas, vilket betyder att vattnet inte genomgår samtliga reningssteg inom processen. På reningsverket vid Henriksdal hos Stockholm Vatten och Avfall startades en utredning kring högflödesrening 2018 och togs i drift 2019. Utifrån studien ansågs polyaluminiumklorid vara den bäst lämpade föreningen att använda som ytterligare fällningskemikalie och implementerades. Utöver dosering av fällningskemikalie vid högflödesförhållanden, doseras järnsulfat som förfällning kontinuerligt på Henriksdal.  Syftet med arbetet var dels att undersöka hur väl högflödesreningen med avseende på fosfor fungerar på Henriksdal, dels om det var möjligt att optimera den. Det övergripande målet med projektet var att optimera med avseende på fosforavskiljning och PAX-dos för nuvarande högflödesrening på Henriksdals reningsverk. Med en optimerad högflödesrening kan SVOA minimera påverkan på recipienten vid höga flöden och vara bättre förberedda för ett förändrat klimat. Projektet avgränsade sig till att analysera avloppsvatten från inloppet till Henriksdal och bräddpunkten utlut31. Utöver dessa provpunkter, analyserades vatten från inlopp och utlopp till försedementeringsbassängerna 3,4,6,7 och 9, samt utfördes flockningsförsök i flockningskammare för att utvärdera doseringen av fällningsmedel.  Provinsamling skedde med hjälp av automatiska provtagare som kontinuerligt samlade in avloppsvatten under en längre period, där det efter den kontinuerliga provtagningen även utfördes stickprover. Vid samtliga provpunkter analyserades halterna total-fosfor, fosfat och suspenderat material. Halterna total-fosfor och fosfat togs fram genom spektrofotometisk analys och suspenderat material genom filtrering och torkning. Resultaten från analyserna hade varierande reduktioner gällande total-fosfor, med reduktioner på cirka 93 respektive 58 %.  För att utvärdera dosen fällningsmedel utfördes flockningsförsök, där dosen fällningsmedel varierades mellan 6–14 mg/l. Laborationerna utgick från olika startkoncentrationer av total-fosfor, vilket har tagits hänsyn till vid diskussion av resultatet. Resultatet visade på en viss variation av reduktionsgraden i jämförelse med dosen. Dock skiljde det endast cirka 2 % i reduktion mellan högsta och lägsta dosen.  Utifrån denna kvantitativa studie går det att konstatera att högflödesreningen på Henriksdal i det stora hela verkar fungera. Det finns dock undantag där det inte går att säkerställa detta påstående, exempelvis vid väldigt höga ingåendehalter total-fosfor.  I dagsläget finns det inte belägg för att doseringen av PAX ska ökas, eftersom en höjning med 4 mg PAX/l endast visat på ökning i reduktion med några få procent. Dessutom skulle det leda till att lagringsvolymen skulle ta slut ännu snabbare och ökade kemikaliekostnader. Dock visar resultaten på att doseringen skulle kunna sänkas och ändå uppnå reduktionsmålet på 75 %, vilket skulle vara fördelaktigt då dosering under längre perioder möjliggörs. / As a result of a more fluctuating climate with uneven winters and longer periods of rainfall, high flow conditions have become increasingly common. During high flow conditions, great demands are placed on the capacity of the treatment plants and the treatment processes. When the load becomes too high, some water is forced to overflow, which means that the water does not go through all the purification steps in the process. At the Stockholm Vatten och Avfall treatment plant, Henriksdal, an investigation of the high-flow treatment was started in 2018 and put into operation in 2019. Based on the study, polyaluminum chloride, PAC was considered to be the most suitable compound to use as an additional precipitation chemical and was implemented. In addition to the dosing of precipitation chemicals at high flow conditions, iron sulfate is dosed as pre-precipitation continuously at Henriksdal.  The aim of the work was to investigate how well the high-flow treatment with respect to phosphorus works at Henriksdal and whether it was possible to optimize it. Thus, the overall goal of the project was to optimize the PAC-dosage for phosphorus removal during high-flow treatment at Henriksdal's treatment plant. With an optimized high-flow treatment, Stockholm Vatten can minimize the impact on the recipient during high flows and be better prepared for climate changes. The project limited itself to analyzing wastewater from the Henriksdal inlet and the overflow point “utlut31”. In addition to these sample points, water from the inlet and outlet to pre-sedimentation basins 3,4,6,7 and 9 was analyzed, and flocculation experiments were carried out in flocculation chambers to evaluate the dosage of PAC.  Sample collection took place with the help of automatic samplers that continuously collected wastewater over a longer period. In addition, random samples were also taken after the continuous sampling. At all sample points, the levels of total phosphorus, phosphate and suspended solids were analyzed. The levels of total phosphorus and phosphate were determined by spectrophotometric analysis and suspended solids by filtration and drying. The results from the analyses showed that varying reductions of total phosphorus was achieved, with reductions of approximately 93 and 58%.  To evaluate the dose of PAC, flocculation experiments were carried out, where the dose of PAC was varied between 6–14 mg/l. The experiments were based on different starting concentrations of total phosphorus, which has been considered when discussing the results. The result showed a certain variation in the degree of reduction, compared to the PAC-dosage. However, there was only about a 2% difference in reduction between the highest and lowest dosage.  Based on this quantitative study, it can be concluded that the high-flow treatment at Henriksdal generally seems to be working. However, there are exceptions where it is not possible to ensure this claim, for example in the case of very high contents of total phosphorus.  Currently, there is no evidence that the dosage of PAC should be increased since an increase of 4 mg PAC/l only showed an increase in reduction by a few percent. In addition, it would result in the limited storage volume of PAC running out even faster and increased cost. However, the results show that the dosage could be lowered and still achieve the reduction target of 75%, which would be beneficial when dosing for longer periods is needed.

För att tackla miljöproblemen som uppstår vid skurning av verkstadsgolv utreder detta examensarbete möjligheten att med hjälp av kemisk fällning på plats i verkstaden rena vattnet för att klara de miljökrav som ställs av reningsverken. Vidare utreds det om vattnet är tjänligt nog för att återanvändas för att skura golven flera gånger för att på så sätt minska vattenförbrukningen och arbeta mot att helsluta verksamheten. Processen är uppbyggd för att ha simpel konstruktion för att göra tekniken så tillgänglig som möjligt, med en standardiserad IBC-behållare på 1000 liter med en kran vid 450 liters nivå för att kunna tömma klarfasen efter fällning.  Metoden testades först i laboratorieskala och sedan i fullskala för att undersöka om metoden fungerar i praktiken. De parametrar som undersöktes var avskiljning av tungmetaller, BOD-7, COD, oljeindex och mikrobiologisk analys.  Den mikrobiologiska analysen visade att den kemiska fällningen gav mycket hög avskiljning för bakterier, vilket är av intresse om klarfasen ska återanvändas för skurning.  Reningsgraden för tungmetaller var relativt hög, men otillräcklig enligt utsläppskraven för tungmetallerna Cd, Cu, Ni och Zn.  Reningsgraden för BOD-7, COD och oljeindex var bra i i laboratorieskala, men otillräcklig i fullskala.  Metoden har stor potential och med optimering av processen och eventuellt komplettering med ytterligare reningssteg som filtrering efter den kemiska fällningen är min bedömning att den kan klara utsläppskraven.  Jag bedömer att det inte är praktiskt att återanvända klarfasen för att skura golven igen, då det innebär en större anläggning och mer arbete för personal som ska använda skurmaskinen. Vidare behövs ytterligare ett reningssteg med exempelvis filtrering innan vattnet är tillräckligt rent för att återanvändas. / To deal with the environmental problems that arises when scrubbing the workshop floors, this work examines the posibility of using chemical precipitation on site at the workshops to clean the scrubbing water to meet the tough demands from water treatment plants. It is also examined the possibility to reuse the treated water to scrub the floors again and thereby reduce the water usage.  The process is built with a simple construction to make the technique as cheap and available as possible, with a standardized IBC container with a volume of 1000 liter, and a tap at the 450 liters level to be able to drain the cleaned water.  The method first tested in both laboratory scale and in full scale to see if the process worked as planned.  The parameters examined was the reduction of heavy metals, BOD-7, COD, oil index and microbiological material in order to see if the water is sufficiently clean to reuse.  The microbiological analysis showed a very high reduction from the precipitation which is important if the water is to be reused.  The reduction of heavy metals was relatively high, but not high enough for Cd, Cu, Ni and Zn.  The reduction of BOD-7, COD and oil index was great in lab scale, but not very high in full scale.  The method has good potential, but needs to be optimized further, and possibly with the addition of a filtration stage before it can manage the emission requirements and be implemented.  I make the conclusion that it is not practical to reuse the water to clean again, since it requires additional work, a bigger facility with extra steps to make it work.

Himmerfjärdsverket i Grödinge drivs av Syvab vars uppgift är att ta emot och rena avloppsvatten. Vattnet renas från organiskt material, kväve och fosfor och släpps sedan ut till Syvabs recipient Himmerfjärden. Syftet är att skydda miljön mot utsläpp som kan påverka Östersjön och minska övergödningen.  För att rena vattnet från fosfor används idag kemisk förfällning med hjälp av fällningsstrategin ”Försedimentering, Avskiljning av Suspenderat material med Trippeldosering”. Detta förkortat ”FAST”. Kemikaliedoseringen är bestående av tre olika kemikalier innan avloppsvattnet når försedimenteringen. Först doseras järnklorid för att fälla ut fosfor. Sedan tillsätts en katjonpolymer och till sist en anjonpolymer för att förstärka sedimenteringen. Doseringen av järnklorid styrs efter inkommande flöde.  På grund av att fosforavskiljningen varierat utan att ändringar gjorts i styrningen var målet med projektet att undersöka om det går att identifiera nyckeltal vid kemikaliedoseringen så att utifrån inkommande analyser kunna erhålla förväntade analyssvar efter försedimenteringen. För att nå målet har först en litteraturstudie gjorts och sedan en undersökning av de parametrar som har en betydelse för processen. Parametrarna som undersöktes var totalfosfor, fosfatfosfor, suspenderat material, pH samt alkalinitet. Mätningar gjordes på prover från inkommande avloppsvatten, direkt efter försedimenteringen och från primärslammet och massbalanser ställdes upp över systemet. Parametrarna jämfördes mot avskiljningen av fosfor för att hitta eventuella samband.  Arbetet visar inget starkt samband mellan de undersökta parametrarna och avskiljningsgraden av fosfor. Därför kan inte nyckeltal för kemikaliedoseringen i FAST-systemet identifieras. Litteraturstudien visar att blandningsförhållanden, variationer i avloppsvattnet, vattnets fosforinnehåll och vattnets alkalinitet och pH avgör hur goda reningsresultat som kan uppnås. Det går dock inte att utifrån teorin bestämma optimal kemikaliedosering eftersom avloppsvattnets sammansättning är komplex, vilket innebär att mekanismen som styr utfällningen är svår att specificera. Järn(III) binder bland annat till svavel och bildarjärnsulfid. För att undersöka om svavel har en inverkan på fosforavskiljningen rekommenderas en mätning av järnsulfid innan försedimenteringen. Om halten är hög kan man prova att lufta aggressivare i sandfånget för att oxidera järnsulfidfällningar och regenerera järn(III)joner som fäller ut ytterligare fosfat.  För att ytterligare förbättra fosforavskiljningen rekommenderas att inblandningen av järnklorid ses över. Om inblandningen sker snabbare och effektivare antas större andel fosfat och polyfosfat reagera med järnet. / Himmerfjärdsverket in Grödinge is run by Syvab, whose task is to receive and purify wastewater. Contaminants like organic material, nitrogen and phosphorus are removed from the wastewater and then released to Syvab's recipient Himmerfjärden. The goal is to protect the environment against emissions that can affect the Baltic Sea and reduce eutrophication.  Chemical precipitation is used to remove phosphorus from the wastewater and the precipitation strategy is called "Pre-sedimentation, Separation of Suspended Material with Triple Dosing". Which is abbreviated to "FAST". The chemical dosage consists of three different chemicals before the wastewater reaches the pre-sedimentation. First, ferric chloride is dosed to precipitate phosphorus. Then a cationic polymer is added and finally an anionic polymer to enhance the sedimentation. The dosage of iron chloride is controlled by incoming flow.  Since the phosphorus separation has varied without any changes being made in operation, Syvab wanted to investigate whether it was possible to identify the key figures for the chemical dosing so that, based on incoming analyzes, they could obtain expected analytical results after pre-sedimentation. This was done through a literature study and by examining the parameters that are important for the process. The parameters examined were total phosphorus, phosphate phosphorus, suspended matter, pH, and alkalinity. Measurements were made on samples from incoming wastewater, immediately after pre-sedimentation and from the primary sludge and mass balances were calculated across the system boundary. The parameters were compared against the separation of phosphorus to find possible connections.  Based on the analysis results obtained, it was not possible to identify the key figures for the chemical dosage in the FAST system. No strong association was detected between the parameters examined. According to the literature study, it was found that mixing conditions, variations in the wastewater, the water's phosphorus content and the water's alkalinity and pH determine how good purification results can be achieved. However, it is not possible to determine the optimal chemical dosage based on the theory alone because the composition of the wastewater is complex, which means that the mechanism is difficult to specify. Iron (III) also react with sulfur and forms iron sulfide. To investigate whether sulfur influences phosphorus separation, a measurement of iron sulfide is recommended before pre- sedimentation. If the content is high, one thing to try is to air more aggressively in the sand trap to oxidize iron sulfide precipitates and regenerate iron (III) ions that precipitate additional phosphate.  To further improve phosphorus separation, it is also recommended to review the mixing conditions of ferric chloride. If the mixing takes place faster and more efficiently, a larger proportion of phosphate may react with the iron.

Syftet med den här studien var att undersöka skummet som bildas på ytan i flockningskammare för kemisk fällning vid dricksvattenberedning i Kommunalförbundet Norrvattens ytvattenverk Görvälnverket. Skummet som bildas sprayas sönder med vatten och följer med vidare i reningsprocessen. För Norrvatten är det intressant att veta om det finns PFAS eller andra miljögifter i skummet för att en eventuell avskiljning av skummet skulle kunna vara aktuellt. Målet var att svara på följande frågor: 1. Under vilka förutsättningar bildas skum i flockningskammare för kemisk fällning på Görvälnverket? 2.Vad skulle det betyda för vattenkvaliteten om skummet avskiljs? 3.Vilka möjligheter finns det för Görvälnverket att avskilja skummet?  Poly- och perfluorerade alkylsubstanser (PFAS) uppdagas på flera ställen i samhället och t ex i dricksvatten hittas förhöjda halter. Det har observerats att PFAS orsakar skada på både djur och människors hälsa. PFAS har en hydrofil (vattenlöslig) och en hydrofob (olöslig i vatten) ände. De egenskaperna gör att de kan agera som ett ytaktivt ämne och förekomma i naturligt eller processrelaterat skum och kan också därför avskiljas med hjälp av t ex skumfraktionering.  Det genomfördes två provtagningar vid olika tillfällen för att mäta halten av PFAS11 och totalt organiskt kol (TOC) i skummet. Två enkäter skickades ut, en till skiftingenjörer på Görvälnverket och den andra till vattenverk i Sverige. En flödesmätning av sprayvattnet utfördes samt en analys av mätdata från Görvälnverket.  Resultatet bekräftade halter av PFAS11 i skummet, 2600 ng/l vid första provtagningstillfället och vid andra 3200 ng/l. TOC-halten vid andra tillfället var 180 mg/l TOC. Enkätsvaren påvisade att det skummar mest på våren i Görvälnverket och att andra ytvattenverk också har skumbildning i flockningskammare. Under ett år går det åt nästan 22 miljoner liter vatten för att spraya sönder skummet som istället skulle kunna distribueras. Dataanalys visade att det finns ett samband mellan TOC och konduktivitet.  Slutsatsen är att avskiljning av skummet skulle ge en förbättrad vattenkvalitet då flotation inte är i bruk. Ett förslag på en sugfunktion presenteras som en möjlig avskiljningsmetod. Vidare undersökning för under vilka förutsättningar det bildas skum behöver utföras. / The aim of this study was to investigate the foam formed on the surface of a flocculation chamber for chemical precipitation, which is a step in the preparation of drinking water in the Norrvatten local federation's surface water plant Görvälnverket. The foam that is formed is removed by spraying with water and hence the material in the foam follows the treatment process. Norrvatten are interested to know whether PFAS or other environmental toxins are present in the foam so that a possible removal of the foam could be considered. The objective was to answer the following questions: 1. Under what conditions is foam formed in flocculation chambers for chemical precipitation at Görvälnverket? 2.What would be the impact on water quality if the foam was removed? 3. What are the possibilities for Görvälnverket to remove the foam?  Poly- and perfluoroalkyl substances (PFAS) are found in many places in society and examples of elevated levels include drinking water. PFAS has been observed to cause harm to both animal and human health. PFAS have a hydrophilic (water-soluble) and a hydrophobic (water-insoluble) end. These properties allow them to act as surfactants and to be present in natural or process-related foam and can therefore also be separated by e.g. foam fractionation.  Two samples were taken at different times to measure the PFAS11 and total organic carbon (TOC) content of the foam. Two surveys were sent out, one to engineers at Görvälnverket and other to waterworks in Sweden. A flow measurement of the spray water was carried out as well as an analysis of the measurement data from Görvälnverket.  The result confirmed levels of PFAS11 in the foam, 2600 ng/l at the first sampling point and 3200 ng/l at the second. The TOC content at the second occasion was 180 mg/l TOC. The survey responses showed that foaming is most common in spring at Görvälnverket and that other surface water plants also have foaming in flocculation chambers. In a year, almost 22 million litres of water are used to spray the foam, which could be distributed instead. Data analysis showed that there is a correlation between TOC and conductivity.  It is concluded that removal of the foam would improve the water quality when the flotation step is not in use. A proposal for a suction feature is presented as a possible removal method. Further investigations on under what conditions foaming is formed needs to be carried out.

Björnekulla Fruktindustrier AB i Åstorp vill minska kostnaderna för sin vattenförbrukning i fabriken. Det är endast en liten del av den totala vattenkonsumtionen som hamnar i slutprodukten. Majoriteten av vattnet går åt för tvättning av råvaror och maskinell utrustning. Anledningen till att kostnaderna är höga är den stora andel kommunalt vatten som fabriken köper in. För att minskaden andelen har jag undersökt två alternativ, ett eget reningsverk för återanvändning av vatten och en ny vattentäkt. För att undersöka möjligheten för ett reningsverk har jag analyserat det aktuella vattnet och sorterat ut de ämnen och parametrar som är utanför gränsvärden. Lämpliga reningssteg för att reducera och korrigera dessa parametrar har dimensionerats och sats ihop till ett komplett reningsverk. Att anlägga en ny vattentäkt och tillföra fabriken rent grundvatten är ett enkelt alternativ för att minska kostnaderna. Geologiskt ligger dock fabriken i ett svårt område och det kan vara svårt att hitta tillräcklig mängd vatten. Resultatet är ett förslag som kommer minska fabrikens kostnader avsevärt.

At present, there are more than 2000 wastewater treatments plants (WWTPs) in Sweden. Emissions of nitrogen and phosphorus from these, do contribute to the eutrophication of the Baltic Sea and watercourses on a daily basis. To reduce emissions of phosphorus, the Swedish approach has for the last 50 years been to use chemical precipitation. Today, software is used to test and evaluate different strategies in WWTPs, this in order to improve the operation and get a holistic view over the process. One model that can be used to achieve a holistic view is the Benchmark Simulation Model No. 2 (BSM2). In order to get a software like BSM2 to best mirror the reality, it is important that the model well describes the actual process. Today, BSM2 does not take the load of phosphorus into account, which, if it was included in the model, would describe the process better. In this master thesis, the author has investigated the possibility of extending the BSM2 model, to include phosphorus and chemical precipitation. Thereafter the results from simulations in BSM2 were compared with measurements from Henriksdals WWTP in Stockholm. The results showed that a model, after some simplifications, for phosphorus and chemical precipitation could be included in BSM2. The model uses primary precipitation. Precipitation chemical was added with assistance of a PI controller. Generally the results showed that the model had potential to describe the total flow of phosphorus in the WWTP. In measurements from Henriksdal the average total phosphorus effluent from primary and secondary sedimentation were 3.97 and 0.43 mg/l, respectively. From a steady state simulation in BSM2 the values were ​​4.26 and 0.44 mg/l and the average values ​​of a dynamic simulation 3.96 and 0.46 mg/l. Although the average values of total phosphorus matches quite well, it was found difficult to simulate the different fractions of phosphorus effluent from the secondary sedimentation. In order to better evaluate the results and how the simplifications of the model affects them, more measurements need to be done and a comparison with the results received from the BSM2 needs to be carried out. Also an adjustment of parameters in BSM2 must be done, this to achieve a better compliance with the given plant. / Sverige har idag drygt 2000 reningsverk. Reningsverkens utsläpp av kväve och fosfor bidrar dagligen till övergödning i Östersjön och därtill anslutna vattendrag. För att minska utsläpp av fosfor har i Sverige sedan mitten på 1960-talet kemisk fällning använts. Idag används programvara för att testa och utvärdera olika strategier i reningsverken, detta med syftet att förbättra driften och få en helhetsbild över processen. En av dessa modeller är Benchmark Simulation Model No. 2 (BSM2). För att simuleringsprogram ska ge en så bra bild som möjligt av verkligheten är det viktigt att de beskriver processen, i detta fall avloppsvattenrening, på ett bra sätt. BSM2 tar i dagsläget inte hänsyn till belastningen av fosfor, om fosfor inkluderades i modellen skulle det beskriva processen bättre. I detta examensarbete, har författaren undersökt möjligheten att utvidga BSM2, till att inkludera fosfor och kemisk fällning i modellen. Resultaten erhållna från modellen har därefter jämförts med mätdata från Henriksdals reningsverk i Stockholm. Resultatet visade att en modell för fosfor och kemisk fällning kunde, efter vissa förenklingar, inkluderas i BSM2. I modellen användes förfällning och fällningskemikalier tillsattes med hjälp av en PI regulator. Generellt visade resultaten att modellen hade förmåga att beskriva det totala flödet av fosfor i reningsverket. I mätningarna från Henriksdal var medelvärdet på total fosfor ut från försedimenteringen 3,97 mg/l och från eftersedimenteringen 0,43 mg/l. Från en steady state simulering i BSM2 blev värdena 4,26 och 0,44 mg/l och medelvärdena från en dynamisk simulering 3,96 och 0,46 mg/l. Även om medelvärdena på totalfosfor stämmer relativt bra överens, fann man det svårt att simulera olika fraktioner av fosfor ut från eftersedimenteringen. För att bättre kunna bedöma resultatet och hur förenklingar i modellen påverkar resultatet behöver flera mätningar göras och jämföras med modellens resultat. En justering av parametrar i BSM2 måste även göras, detta för att anpassa modellen till det givna avloppsreningsverket bättre. / Development and dynamic analysis of operational strategies for enhanced energy efficiency of wastewater treatment systems

Denna studie har undersökt omrörningen i flockningsbassängerna på Källby avloppsreningsverk (ARV). Med hjälp av frekvensomriktning går hastigheten på omrörarna att ställa individuellt med målet att uppnå en bättre flockbildning och högre fosforreduktion. Brister i de nu valda omrörningshastigheterna upptäcktes och förändrades till enligt litteraturens korrekta värden. Det gick dock inte dra några slutsatser om hur de nya inställningarna påverkar fosforreduktionen men en onödigt hög kemikaliedosering kan ha legat bakom de låga och inte korrelerande värdena.

Högre halter av färg och naturligt organiskt material (NOM) i ytvattnet har på senare år blivit ett ökande problem på norra halvklotet och så även vid Lovö vattenverk. För att utvärdera nya reningsmetoder som har kapacitet att avskilja dessa föroreningar vill man använda sig av undersökningar i pilotskala. För att resultaten ska gå att överföra till vattenverket behöver man först undersöka hur den befintliga pilotanläggningens referenslinje, som ska användas som just referens vid framtida försök, förhåller sig till fullskalan. Studien kom fram till att flödet kan ställas in så att ett reningssteg i taget går med samma ytbelastning och uppehållstid i referenslinjen och i vattenverket, men ald-rig alla samtidigt på grund av skillnader i skalförhållanden mellan de olika reningsste-gen. Den mest kritiska parametern för avskiljningen av föroreningar som skapar turbi-ditet och NOM är dosen aluminiumsulfat (ALG). För att avskiljning av NOM mätt som bland annat UV254, TOC, DOC och SUVA krävs det i referenslinjen en överdosering av ALG på minst 15 procent för att denna ska vara lika effektiv som den i vattenverket. I den kemiska fällningen i vattenverket och i referenslinjen är det framförallt humusämnen med aromatisk struktur som tas bort. Dessa är ämnen som är mer nedbrutna och äldre i sin karaktär. Det är alltså samma fraktioner av NOM som avskiljs i de bägge processerna. Skillnaden i avskilj-ning mellan dem ligger i att det under studien avskildes kvantitativt mer NOM av äldre mer nedbrutet, humöst material i referenslinjen än i vattenverket. Detta beror på att det i referenslinjen doserades mer fällningskemikalie än i vattenverket.

Norrvatten producerar dricksvatten till cirka 600 000 av Stockholms invånare. Råvattnet är ytvatten som kommer från Mälaren. Innan vattnet är klart att distribueras som dricksvatten genomgår det en rad olika processteg varav ett är kemisk fällning följt av sandfiltrering. Ett problem som uppstått är att restflockar från kemfällningen burits med till sandfiltreringen. Detta har lett till att sandfiltren måste rengöras ofta. För att lösa problemet har detta projekt genomförts i syfte att undersöka hur slamuttaget kan optimeras för att undvika restflock. Under projektet har en litteraturstudie gjorts och en metod för att beräkna den teoretiska slamproduktionen har undersökts. Utifrån det har en beräkningsmodell utformats i Excel för att kunna utföra nödvändiga beräkningar för hur slamuttaget skall varieras. När den teoretiska slamproduktionen hade beräknats gjordes försök på Görvälnverket. Försöken gick ut på att reglera slamuttaget utifrån den beräknade mängd slam som bildats och se om detta minskade mängden restflock som bars med till sandfiltreringen. Samt om, och i så fall hur slamuttaget bör optimeras. För att ändra slamuttaget reglerades öppningstiden hos slamventilerna där slammet tas ut. Öppningstiden ställdes in i driftcentralen i en av Norrvattens fem kemfällningslinjer för att sedan jämföras med en annan kemfällningslinje som hölls oförändrad. Efter en vecka jämfördes turbiditeten i de båda kemfällningslinjerna. Turbiditeten användes som parameter för att mäta mängden restflock som finns i vattnet. Resultaten från försöken visade ingen märkbar förbättring med avseende på mängden restflock till följd av ett förändrat slamuttag. Ytterligare undersökningar skulle dock vara nödvändiga då tillräckliga försök ej kunde genomföras under tidsramen för detta projekt. Resultaten beror sannolikt på att det ursprungliga slamuttaget var väl anpassat till slamproduktionen under just den veckan som försöken utfördes. En annan orsak till eventuellt missvisande resultat kan vara att parametern TS % använts på ett felaktigt sätt genom att inte ha ett konstant värde utan ett varierande värde för varje mättillfälle. Utifrån de övriga resultat som presenteras tycks det tidigare slamuttaget som använts hos Norrvatten vara relativt väl anpassat till dagens slamproduktion. Det vore dock rimligt att optimera slamuttaget ytterligare genom att variera det under olika årstider eller tider på dygnet. Ett optimerat slamuttag skulle troligen innebära ekonomiska och miljömässiga besparingar samt potentiellt minska problemet med restflock. Slutsatsen för detta projekt är att ytterligare försök bör genomföras för att avgöra om slamuttaget behövs optimeras. Om det anses nödvändigt skulle de framtagna beräkningsmodellerna kunna användas för att beräkna hur slamuttaget bör varieras och ställas in. Målet att ta fram en beräkningsmodell för den teoretiska slamproduktionen och ett samband för hur slamuttaget kan optimeras i praktiken kan därför anses uppnått. / Norrvatten produces drinking water for approximately 600,000 people in the Stockholm area. The raw water is surface water from the lake Mälaren. Before the water is ready to be distributed as drinking water, it undergoes a number of different process steps, one of which is chemical precipitation followed by sand filtration. A problem that has arisen is that residual flocks from the precipitate are carried to the sand filtration. This in turn has resulted in that the sand filters have to be cleaned frequently. In order to solve the problem this project has been carried out to investigate how the sludge removal can be optimized to avoid residual flocks. During the project a literature study was done and a method for calculating theoretical sludge production was investigated. In this work a computational model has been developed in Excel to be able to perform the necessary calculations for how the sludge removal should be varied. Once the theoretical sludge production had been calculated, experiments were made at Görvälnverket. During the experiments the sludge removal was regulated based on the theoretical sludge production in order to see if this reduced the amount of residual flocks carried to the sand filtration. If the amount of residual flocks were reduced, the optimal settings for sludge removal could be applied. To change the amount of removed sludge, the opening time of the sludge valves was regulated. The opening time was changed in the operation center for one of Norrvatten's five chemical precipitation lines and then compared with another chemical precipitation line that was kept unchanged. After one week, the turbidity of the outgoing water was compared between the two precipitation lines. Turbidity was used as a parameter to measure the amount of residual flock in the water. The results showed no noticeable decrease in the amount of residual flock due to a changed sludge removal. However, further investigations would be necessary as sufficient experiments could not be carried out during the time frame of this project. The results are likely due to the fact that the original sludge removal was well adapted to the sludge production during the particular week of the experiments. Another reason for possibly misleading results may be that the percent dry substance DS % was used incorrectly by using a varying value for each measurement as opposed to a constant value. Based on the other results presented, the sludge removal seems to be relatively well adapted to today’s sludge production. However, it would be reasonable to further optimize the sludge removal by varying it during different seasons or times of the day. An optimized sludge removal could potentially mean economic and environmental savings as well as possibly reduce the problem with residual flocks. The conclusion for this project is that further experiments should be made to determine if the sludge removal needs to be optimized. If considered necessary, the models that were constructed during this project could be used to calculate how the sludge removal should be varied and adjusted. The goal of developing a computational model for theoretical sludge production and a relationship between how the sludge removal can be optimized in practice can therefore be considered achieved.

Stockholm Vatten AB (SVAB) behöver utöka kapaciteten på avloppsreningsverket i Henriksdal. Därför kommer en membranbioreaktor (MBR) att implementeras i dagens befintliga aktivslamanläggning. Den nya anläggningen dimensioneras för att kunna hantera det förväntade flödet år 2040. Det framtida verket kommer dessutom behöva rena avloppsvatten som i dagsläget behandlas i verket i Bromma. Ytterligare förväntas utsläppskraven för fosfor (P), kväve (N) och organiskt material (BOD7) att skärpas.   För närvarande bedriver SVAB i samarbete med IVL (Svenska miljöinstitutet) en pilotanläggning i Sjöstadsverket för att undersöka hur tekniken effektivt kan implementeras i Henriksdal. En stor utmaning för att optimera driften är reningsprocessen av fosfor. Som alternativ till efterfällning av fosfor önskar Henriksdal att simultanfälla fosfor med tvåvärt järn (Fe2+) i MBR:en.   I följande arbete utreds hur kemisk fällning av fosfor med Fe2+ fungerar i kombination med aktivslam och mer specifikt, med MBR. Syftet med arbetet är att bidra med kunskap till fortsatta studier i Sjöstadsverket inför implementeringen av MBR i Henriksdal. Arbetet utreder delar inom den kunskap och forskning som finns gällande området idag och identifierar kunskapsluckor inom studiet. Fokus har bland annat legat på att beskriva; mekanismer och reaktionskinetik; utreda vilka parametrar som styr utfällningen; hur slammet och den biologiska aktiviteten påverkas; samt hur dosering av järn inverkar på MBR.   Få studier har gjorts inom området och i många fall varierar resultaten studierna emellan. Detta beror sannolikt på två faktorer: 1) Vattenmatrisen i avloppsvattnet är komplex. 2) Avloppsvattnets innehåll kan variera mycket.   Exakta reaktioner och mekanismer för hur fosfor avskiljs med järn(II)dosering är ännu inte fullständigt klarlagt. En stor del av Fe2+ som tillsätts kommer att oxideras till trevärt järn (Fe3+). Oxidationshastigheten av Fe2+ styrs främst av pH och syretillgänglighet i vatten och hastigheten varierar kraftigt med avseende på dessa parametrar. Fe2+ kan även oxideras biologiskt under anoxiska förhållanden av denitrifierare. Fosfor avskiljas i sin tur antingen direkt genom utfällning med Fe2+ eller Fe3+, eller genom adsorption till järnhydroxider.   Järn(II)dosering inverkar på slammets morfologi, sedimenteringsindex, storlek och stabilitet. Dosering med Fe2+ ger kompakta flockar med släta och täta ytor samt få utstickande filament. Fe2+ kan inverka på den biologiska aktiviteten i slammet, men där finns bevis gällande både en synergistisk inverkan och en reducerande effekt.   Generellt rekommenderas att molförhållanden över 2, Fe2+:P används för att uppnå tillräcklig avskiljning av fosfor i aktivslam. Liknande molförhållande tycks rekommenderas i MBR. Utöver doseringshalt kan även doseringspunkt inverka på både avskiljningsgraden av fosfor och nedsmutsningen av membranen.   I studien sammanställdes även en massbalans av flödet och järn i MBR-linjen i Sjöstadsverket. Ytterligare gjordes analyser på vattnet för att undersöka förhållandet   Vid massbalansen uppmärksammades att avskiljningen av fosfor är låg i förluftning (FL) och försedimentering (FS). Avskiljningsgraden låg under vad som förväntades (uppmätt 18 %, förväntad 50 %). Den låga avskiljningsgraden beror sannolikt på att FL och Fs är förhållandevis små. I MBR erhölls ett 40 % större uttag av järn jämfört med inkommande halt järn till MBR. Det bör kunna förklaras av att järnhalten i slammet under denna period var ovanligt hög.   Förhållandet mellan fria Fe2+- och Fe3+-joner analyserades i tvåpunkter, efter FL (mätpunkt 1) och efter FS (mätpunkt 2). I mätpunkt 1 hade 80 % av järnjonerna fällt ut och ca 60 % oxiderat till trevärt järn. Uppehållstiden i FL är ca 13 min.   pH mättes i hela MBR-reningslinjen. I FL och FS låg pH kring ungefär 7,5 och i MBR-reaktorerna låg pH omkring 6,5. Det förenklade hastighetsuttrycket för oxidation av järn vid syrerika förhållanden d[Fe (II)]/dt = -k􁇱[Fe(II)] användes för att beräkna den teoretiska halveringstiden (t1/2) av Fe2+. t1/2 i FL beräknades till 13 min, i FS till 22 min och i MBR-reaktorerna till omkring 2 h. Den teoretiska t1/2 stämmer relativt bra överens med vad som uppmättes vid analys av Fe2+: Fe3+. Den slutsats som kan dras är att sannolikt så kommer mer av järnet att fälla ut i sin trevärda form då järnet doseras i FL och FS, än då järnet doseras i de luftade biologiska reaktorerna.   Sammanfattningsvis, finns få studier som utreder processen för utfällning av fosfor med Fe(II) i aktivslam eller MBR. Kunskapen inom området är begränsad och det finns ännu många kunskapsluckor som behöver täckas. På grund av avloppsvattnets komplexitet räcker inte teoretisk kunskap för en effektiv implementering av MBR. / To expand the capacity of the Stockholm Vatten AB (SVAB) municipal waste water treatment plant (WWTP) “Henriksdal” a membrane bioreactor will be implemented in the existing activated sludge process. The new WWTP is dimensioned to handle the expected flow of year 2040. The future WWTP will also need to treat waste water is currently treated in Bromma. Furthermore, the effluent treatment requirements for phosphorus (P), nitrogen (N) and organic substituents is expected to become stricter.   In cooperation between SVAB and IVL (The Swedish Environmental Institute) the new treatment process is being tested in a pilot plant in Sjöstadsverket. One of the challenges in the new project is to achieve sufficient removal of phosphorus. Today Henriksdal WWTP removes phosphorus through post-precipitation with ferrous iron (Fe2+). When the MBR is implemented SVAB wants to use simultaneous precipitation in the MBR.   In this report the chemical precipitation of Fe2+ in combination with activated sludge and MBR is examined. The aim of this thesis is to aid SVAB by contributing with knowledge in the mentioned area. The report examines the knowledge and research available about the area today and identifies if there are any gaps of knowledge. Focus of the study is among other things: the reaction mechanisms and kinetics; what parameters favor efficient precipitation; how does ferrous iron integrate with the sludge; how to efficiently combine ferrous iron precipitation in MBR.   There are only a few studies in the field and the results often contradict each other. It is likely due to two factors: 1) the matrix of waste water is complex. 2) the matrix varies considerably between different areas and different WWTP’s.   The exact mechanisms and kinetics of phosphorus removal with chemical precipitation of ferrous iron are not fully understood. A lot of the Fe2+ will oxidize to ferric iron (Fe3+). The oxidation rate is mainly dependent on the pH and oxygen concentration in the water. Fe2+ can also be oxidized through biological oxidation in anoxic environments. The phosphorus is removed by direct precipitation with Fe2+ and Fe3+, or through adsorption to iron hydroxides.   Fe2+ can influence the characteristics of the sludge by changing the morphology, the size and the stability of the flocs and the settleability of the sludge. Dosing Fe2+ gives more compact flocs, with smooth surfaces and few filaments. Fe2+ can also influence the biological activity in the sludge. Some studies states the iron contributes to synergistic effects, some claim it reduces the activity.   For efficient phosphorus removal in activated sludge ratios of Fe:P > 2 mole /mole is mostly used. The recommendations seem to be the same for MBR. The dosing point also seem to be of importance to achieve sufficient removal, and furthermore to prevent fouling of the membranes.   Material balances for phosphorous and for iron, as well as analyses to examine the oxidation rate and pH of the waste water in the MBR-pilot plant were also performed. The material balance showed that the removal of phosphorous in the pre-aeration (PA) and the pre-sedimentation (PS) was low. The expected removal was 50 % while the achieved removal 18 %. This is probably due to the relatively small size of the PA and PS compared to the rest of the pilot-plant. In the MBR the outgoing flow of iron was 40 % larger than the incoming flow. During the examined weeks the iron concentration in the sludge was higher than usually. Probably iron had been accumulated in the sludge the weeks before.   The ratio between Fe2+-ions and Fe3+-ions was analyzed in two points, in the flow following the PA respectively the flow following the PS. In the PA 80 % of the ions had precipitated and 60 % of the free irons had been oxidized to Fe3+.   pH was measured in each reactor of the pilot plant. In the PA and the PS the pH was about 7.5, while in the MBR-reactors the pH was around 6.5. The theoretical half-life (t1/2) of Fe2+ was calculated from a simplified rate reaction expression for oxidation of Fe2+ in aerated waters. t1/2 in the PA was around 13 minutes, in the PS around 22 minutes and the bio reactors around 2h. The theoretical t1/2 of Fe2+ is relatively close to the measured values of the ratio between Fe2+-ions and Fe3+-ions. From the results of the studies it is likely that more of the iron will precipitate as ferric iron in the PA and PS than if the ferrous iron is dosed in the aerated bioreactors.   In conclusion: there are only very few studies that examines the precipitation process of ferrous iron in activated sludge or MBR. The theoretical knowledge is not wide enough to use as an only tool when MBR is implanted in new WWTP’s. Due to the complexity of the waste water empirical studies need to be performed under the actual conditions that prevail at Henriksdal WWTP.