Because of the increasing trends in energy consumption and increased environmental awareness, greater focus has been placed on improvement and development of renewable energy sources. An already proven and accepted method is biogas production from anaerobic digestion at municipal wastewater treatment plants. In the waste water treatment process solid material and dissolved pollutants are separated from the water, forming a sludge. The sludge is separated from the process and stabilized during anaerobic digestion or aerobic aeration. Most often, mesophilic anaerobic digestion is used. Because of degradation by microorganisms, biogas with a high content of methane is formed during the digestion. To optimize the process different studies with co-digestion with sludge and other substrate have been made. It has been showed, in earlier research studies, that co-digestion with microalgae and sewage sludge results in a synergistic effect with increased biogas production. As the microalgae are microorganisms which use photosynthesis they contain stored energy from sun light. The stored energy will be available when the microalgae are digested in mesophilic conditions. In contrast to other biomass suitable for co-digestion microalgae have the advantage of being able to grow in waste water and reduce the pollutants in the water phase. Cultivation of microalgae will therefore not compete with the cultivation of food production and at the same time has the possibility to decrease the electricity- and heat consumption at the wastewater treatment plants. The aim of this study was to investigate how a possible synergetic effect between microalgae and sewage sludge effects the biogas production and the process stability. The microalgae was cultivated in municipal waste water from the WWTP in Umeå (Sweden) and the sludge was collected from the WWTP in Västerås (Sweden). The fermenters used was of the type DOLLY© and the active volume was 5 dm3. The temperature in the fermenters was kept at 37 °C and the study was divided into two periods. During the first period the hydraulic retention time was 15 days and the organic loading rate 2.4 g VS dm-3 d-1. During the second period the hydraulicretention time was kept at 10 days and the organic loading rate was 3.5 g VS dm-3 d-1. The result showed an increase with 54.6 % in methane production per reduced VS in the fermenter with co-digestion compared to the fermenter where only sludge was digested. Period one showed the highest increase. The result also showed a good process stability for both fermenters during the whole experiment. This study shows that there are reasons for continued investigations about co-digestion with microalgae and sewage sludge for an increased biogas production. / På grund av ökande el- och värmeförbrukning och ökat miljöengagemang har större fokus lagts på förbättring och utveckling av förnyelsebara källor för el- och värmeproduktion. En redan beprövad och accepterad metod för framställning av förnyelsebar energi är från biogasproduktion vid kommunala reningsverk. Vid rening av avloppsvatten avskiljs fasta partiklar och lösta föroreningar och bildar ett slam som separeras från vattnet. Slammet kan sedan stabiliseras anaerobt genom rötning eller aerobt genom luftning. En ofta använd metod vid konventionella reningsverk är mesofil anaerob rötning. Vid rötningen bryts material ner av mikroorganismer och genererar biogas som framförallt innehåller metan och koldioxid. För att optimera en sådan process och därmed kunna utvinna mer gas har det tidigare undersökts hur samrötning med olika material påverkar biogasproduktionen. Det har visat sig i forskningsförsök att samrötning med mikroalger och orötat blandslam ger en synergieffekt och mer biogas produceras. Mikroalgerna innehåller lagrad energi från solljus, då de är fotosyntesiserande organismer. Den lagrade energin har visat sig bli tillgänglig vid mesofil anaerob nedbrytning. Till skillnad från annan biomassa som undersökts för samrötning kan mikroalgerna odlas på avloppsreningsverken och fungera som en del av reningsprocessen då mikroalgerna tar upp näringsämnen ur vattnet de växer i. På det sättet undviks konkurrens om odlingsmark för livsmedel och så blir reningsprocessen på avloppsreningsverken mer el- och värmeeffektiv. Syftet med studien var att undersöka om eventuell synergieffekt mellan mikroalgerna och slammet påverkar biogasproduktionen och processtabiliteten vid mesofil anaerob rötning. Mikroalgerna som användes var odlade på mekaniskt renat spillvatten från Umeås reningsverk och slammet som användes hämtades ifrån Västerås reningsverk. Rötkamrarna som användes var av modellen DOLLY© med en aktiv volym på 5 dm3. Temperaturen i rötkamrarna hölls kring 37°C och studien var uppdelad i två perioder. Under period ett var den hydrauliska uppehållstiden 15 dygn och den organiska belastningen 2,4 g VS dm-3 d-1, medan period två hade en hydraulisk uppehållstid på 10 dygn och en organisk belastning på 3,5 g VS dm-3 d-1. Resultaten visade att metangasproduktionen per tillförd mängd organiskt material var lägre vid samrötning jämfört med rötning av enbart slam. Metangasproduktionen per reducerad mängd organiskt material ökade med upp till 54,6 % vid samrötningen jämfört med rötning av enbart slam. Period ett gav upphov till den största ökningen. Processen hölls stabil även vid inblandning av mikroalger, under både period ett och två. Studien visar att det finns ett underlag för fortsatta studier kring samrötning av mikroalger och slam för en ökad biogasproduktion.

The use of mesophilic anaerobic digestion for treatment of organic wastes is a growing biotechnology for sustainable energy supply. Ammonia inhibition is a major problem in anaerobic digestion mainly when digestion of nitrogen-rich substrates such as livestock wastes and manure occurs. This paper provides a summary of research conducted on ammonia inhibition of the anaerobic process. An experiment with mesophilic digestions of swine manure was conducted in single unit reactors, which were controlled under different ammonia concentrations by addition of NH4Cl in different amounts. From the experimental results, it was shown that NH4Cl could be an effective chemical agent for removing foam and scum in the digester. Methane production was decreased with the increasing NH4Cl addition until a collapse was observed between 11.2 g NH4+-N/l and 13.2 g NH4+-N/l. Contrary to the findings in thermophilic digestion, a dysfunction of acidogenesis was also observed since both gas and methane production was delayed with increasing NH4Cl addition. These findings suggest different ammonia inhibition principles in mesophilic and thermophilic digestion. It was further indicated that methanogenesis could produce a high percentage of methane although gas production was inhibited.

Avloppsslam innehåller näringsämnen, som bör återföras till naturen för att skapa ett så kallat näringskretslopp. Genom att optimera hygieniseringen av avloppsslam med effektivare behandlingsmetod kan avloppsslam bli mer lämpligt att avsättas ur ett bättre ekonomiskt- och miljömässigt perspektiv. Syftet med arbetet var att undersöka och bedöma om effektiviseringav befintlig slambehandling är möjlig för att uppnå tillräcklig hygienisering. Utifrån den effektiviserade slambehandlingsmetoden utreda möjliga avsättningsalternativ som lämpar sig bäst för avloppsslammet i Avesta kommun. En litteraturöversikt utfördes för att öka kunskapen och förståelsen av avloppsslam, desshantering och avsättning. Fallstudien är utformad med kvalitativ metod och informationen har inhämtats från vetenskapliga artiklar, myndigheter, rapporter, examensarbeten och personligkontakt som komplement för att erhålla en god förståelse. Uppgradering av mesofil rötning av avloppsslam vid 37 °C till termofil rötning, 55 °C – 65 °C innebär förhöjd temperatur; det kräver mer energi och ökade energikostnader. Komponenter av den mesofila rötningsprocessen kommer att behöva uppgraderas eller bytas ut och därför tillkommer extra kostnader som också behöver ses över. Fördelarna med termofil rötning inkluderar kortvariga uppehållstider, mindre rötkammare och slammet blir tillräckligt hygieniserat. Ett framtidsscenario är framtaget utifrån effektiviserad slambehandling där två avsättningsalternativ är mest lämpliga för avloppsslammet i Avesta kommun. Gödsel till produktiv mark är ett av de föreslagna alternativ som tillåter fosforn återvinnas och återanvändas. Om inte termofil rötning som effektivisering hade erhållit tillräcklig hygienisering borde andra komplementerande processer ha införts, exempelvis komposteringstrumma eller pastörisering. En fullständig kostnadsjämförelse mellan befintlig slambehandlingsmetod och mer effektiviserad slambehandlingsmetod är dock nästan omöjlig att utföra då alla kostnader beror på val av komponenter och faktorer. Denna fallstudie bidrar med ett underlag som kan ge större möjligheter för Avesta Vatten och Avfall AB att välja den mest lämpliga avsättningen för avloppsslammet i Avesta kommun i framtiden. / Sewage sludge contains nutrients, which should be returned to nature to create a so-called nutrient circulation. By optimizing sanitisation of sewage sludge with effective treatment methods, sewage sludge can be more appropriately disposed from a better economic- and environmental perspective. The aim of this work was to investigate and judge the efficiency of existing sludge treatment is possible to achieve a sufficent sanitation. Based on the streamlined sludge treatment method investigate the disposal options that is best suited for sewage sludge in Avesta town. A literature review was conducted to increase the knowledge and understanding of sewage sludge, its treatment and disposal. The case study is formed with qualitative method and information which has been collected from the scientific articles, authorities, reports, theses and personal contact as a complement to obtain a good understanding. Upgrading of mesophilic digestion of sludge at 37 ° C to thermophilic digestion at 55 ° C - 65 ° C means increased temperature; this requires more energy and hence increases energy costs. Components of the mesophilic digestion process need to be upgraded or replaced and therefore additional costs should also be considered. The advantages of the thermophilic digestion include short residence time, smaller digester and sludge becomes sufficiently disinfected. A future scenario is developed based on more efficient sludge treatment where two disposal options are most appropriate for the sewage sludge in Avesta town. Returning digestate to productive land is one of those suggested alternatives that allows phosphorus to be recovered and recycled. If not thermophilic digestion as streamlining is not effective enough for sufficient sludge sanitation, other complementary processes have to be introduced, for instance, composting drum or pasteurization. A full cost comparison between the existing sludge treatment and more efficient sludge treatment method is, however, almost impossible to be performed when all costs depend on the choice of components, factors and so on. This case study contributes with first-hand information that can provide greater opportunities for Avesta Vatten och Avfall AB to select the most appropriate options for sewage sludge disposal in Avesta town in the future.

Kommunala avloppsreningsverk renar avloppsvatten och avlägsnar näringsämnen innan vattnet släpps ut i den omgivande miljön. Under reningen avskiljs partiklar som bildar råslam. Genom att bryta ner råslammet anaerobt (syrefritt) via rötning kan användbara produkter, såsom biogas till bussar, erhållas. Rötning innebär att organiskt material bryts ner under kontrollerade former. Sveriges tredje största kommunala avloppsreningsverk är Käppalaverket i Stockholm. Framtidsprognosen för verket visar att belastningen kommer öka, samtidigt förväntas kraven på slamhantering bli strängare.  Syftet med denna studie var att utreda en metod för att öka Käppalaverkets slambehandlingskapacitet. Idag rötas slammet konventionellt med mesofil rötning. Ett förslag för att öka kapaciteten är att förtjocka och därefter recirkulera slammet in i samma rötningskammare. Möjliga fördelar med detta kan vara ökad biogasproduktion samt möjlighet till högre belastning i rötkamrarna.  Till experimentet nyttjades en pilotanläggning bestående av två rötkammrar på 7 dm3. Rötkamrarna användes för att studera konventionell mesofil rötning (i studien benämnd BR01), jämfört med mesofil rötning med recirkulering (i studien benämnd BR02). Råslammet och rötslammet analyserades löpande (på dag- och veckobasis) med avseende på parametrarna: biogasproduktion och gassammansättning, torrsubstanshalt, halt av flyktiga syror, pH, alkalinitet, organisk belastning, andel mineraliserat kväve, utrötningsgrad samt reduktion av makromolekyler. Uppehållstiden (HRT) för slammet i rötkamrarna var inledningsvis 14 dagar. HRT sänktes stegvis  under studien (från 14 till 11 dagar och därefter till 9 dagar) genom att inflödet av råslam ökades. Därmed pressades BR01 och BR02 i syfte att utröna vid vilken belastning rötningsprocessen förändrades från stabil till instabil. Resultaten visade att under 11-dagars perioden var processen i BR01 stabilare än i BR02. Förhöjda halter av flyktiga syror uppmättes i BR02 under denna period. Under 9-dagars perioden med högre belastning observerades att processen i BR01 var instabil. Processen i BR02 var stabilare under samma period och ansågs därför prestera bättre under högre belastning. Statistiska t-tester visade att flertalet reaktorparametrar (i en och samma reaktor) genomgick säkerställda förändringar från experimentets start till slut. / Municipal wastewater treatment plants (WWTPs) purifies wastewater from nutrients before releasing it to the recipient. Particles that are separated from the water creates a sewage sludge. Anaerobic (without oxygen) digestion is mainly used as a stabilization method for the sludge. Digestion of the sludge produces energy-rich biogas and a nutrient-rich digestate which can be used as a fertilizer. The third largest municipal WWTP in Sweden is Käppala WWTP, situated in Stockholm. In the future, the amount of incoming wastewater is expected to increase. Simultaneously, regulations regarding sludge management are expected to be stricter. The main purpose of this study was to investigate a method to increase the sludge load to the digesters at Käppala WWTP. Today the sludge is digested conventionally with mesophilic anaerobic digestion. One suggestion is to recirculate thickened sludge into the same digestion reactor. This method has been shown to give an increased biogas production as well as improved digester performance.   During the experiment a pilot-digester consisting of two anaerobic reactors (each with a volume of 7 dm3) were used. These reactors were used to study conventional mesophilic digestion (BR01 in this study) and mesophilic digestion with sludge-recirculation (BR02 in this study). Several parameters of the sludge (raw and digested) were analysed on daily and weekly basis: biogas production and gas composition, dry matter content, volatile fatty acids, pH, alkalinity, organic loading, mineralised nitrogen, degree of digestion and reduction of macromolecules. The hydraulic retention time (HRT) of the sludge was initially 14 days. HRT was lowered stepwise (from 14 to 11 and finally down to 9 days) by increasing the inflow of raw sludge. This way the two reactors were pushed to see at what point the digestion process became unstable. The results showed that during the 11-days HRT period BR01 was more stable compared to BR02. Heightened VFA-content was measured in BR02 during this period. During the 9-days HRT period the process in BR01 was deemed unstable. The process in BR02 was more stable during the same period and was considered to have a better performance during high sludge inflow. Statistical t-tests showed that several digestion-parameters (compared for the same reactor) underwent statistically significant changes from the start to the end of the experiment.