Fosfor är ett ändligt näringsämne som på senare tid uppmärksammats i samband med övergödning och bristen som råvara. Näringsämnet är livsviktigt för likväl människor som djur och växter och de brytbara fosforreserverna börjar ta slut. Det gäller att i framtiden applicera hållbara fosforåtervinningsmetoder för att ta tillvara på mängden fosfor som finns i omlopp. Avloppsslam är ett avfall som växer till storleken och med befolkningsmängden. Rötat avloppsslam tillsammans med andra avfall i form av rötrester innehåller nyttiga näringsämnen så som fosfor, kväve och kalium men också onyttiga spårämnen, patogena ämnen, organiska rester och tungmetaller. Rötslam innehåller även läkemedelsrester och mikroplaster. I dagens läge är det tillåtet att sprida rötslam och rötrest på åkermark för att återföra fosfor tillsammans med andra näringsämnen till jordbruket. Kommande regelverk innebär skärpta lagkrav på rötslammet som måste genomgå någon form av förbehandling innan innehållet får användas som en resurs. Ett alternativ är att vidta strängare krav på hygienisering utav slammet. Det kan ske med pastörisering, termofil rötning eller annan behandling vid högre temperaturer. Ett annat, mer lovande alternativ är förbränning av rötslam och rötrest. Vid förbränning destrueras en stor mängd av oönskade ämnen så som läkemedelsrester, patogena ämnen och kvarblivet organiskt material. Beroende på i vilken panntyp förbränning sker, CFB-, BFB-panna eller rosterpanna kvarblir en askfraktion som botten- och flygaska. I askfraktionerna finns fosfor och till stora delar tungmetaller kvar. Fosforn är relativt inert vid temperaturförändringarna medan lättflyktiga tungmetaller evaporerar och ansamlas till störst del i flygaskan. Rapporten utvärderar ett antal olika fosforåtervinningsmetoder som kan indelas i två huvudkategorier, termo- och våtkemiska återvinningsmetoder. Syftet är att beskriva de olika metoder samt uppskatta dess kostnader, kommersiell mognad samt ange för- respektive nackdelar för metoderna ur ett hållbart perspektiv. Till de termokemiska metoderna tillhör termisk behandling av avloppsslam i en BFB-panna och ASH DEC-processen. Den förra är under utveckling och befinner sig på labb/bänk-skala. Den termokemiska behandlingsmetoden i BFB-panna är en dekontamineringsprocess där askan kan spridas direkt på åkermark då fosforn befinner sig i form av växttillgängligt whitlockit i bottenaskan. Systemet beräknas ha en investeringskostnad på 72 Mkr, med en pay-back tid på 4,4 år och kapacitet på minst 1000 ton aska/år. ASH DEC-processen är också en termokemisk dekontamineringsprocess där produkten utvinns i form av natriumkalciumfosfater. Metoden uppskattas ha en investeringskostnad på 140-170 Mkr, återbetalningstid på ca 4 år för en kapacitet på ca 30 000 ton aska/år. I investeringskostnaden ingår en roterugn Processen är kommersiell och anläggningar finns i Tyskland och Österrike. De våtkemiska fosforåtervinningsmetoderna innefattar CleanMAP-technology, PASH-Processen, SEPHOS-processen, SESAL-phos processen och BioCon-Processen. Gemensamt för dessa processer är att olika laknings- och upplösningstekniker används samt att ett processvatten bildas och måste genomgå vattenrening. CleanMAP-technology är en lovande våtkemisk process under utveckling. Pågående förprojektering ska innefatta en anläggning med kapacitet upp till 30 000 ton aska/år, vilket motsvarar ett omhändertagande på ca 30 % av Sveriges idag producerade avloppsslam. CleanMAP ger en klassificerad produkt i form av 100 % rent ammoniumfosfat som kan användas direkt som gödningsmedel och är vattenlösligt. Processen anses enligt EasyMining Sweden AB vara energieffektiv med låga driftkostnader, god tungmetall reduktion och enkel att implementera i enbefintlig anläggning. Tekniken är under utveckling och eftersom ingen anläggning byggts finns inga investerings- eller driftskostnader publicerade. PASH-processen är en lakningsmetod som bildar kalciumfosfat som slutgiltig produkt. Processen ger en reduktion av tungmetaller och andra metaller, specifikt aluminium. Processen är därför lämplig att använda på avloppsslam där reningsverk använt aluminium som fällningskemikalie. PASH-processen beräknas ha en investeringskostnad på ca 46 Mkr, driftkostnad på 37 Mkr vid en kapacitet på 30 000 ton aska/år och en fosforåtervinning på ca 1 700 ton/år. SEPHOS-processen använder syra och bas för upplösnings av aska. Fosfor återvinns som aluminiumfosfat som sedan genomgår ett mer avancerat steg (Advanced SEPHOS-process), i syfte att slutligen erhålla kalciumfosfater som är mer växttillgängligt då aluminium kan orsaka skada på växternas rötter.SEPHOS-processen är under utveckling och det finns inga investerings- eller driftkostnader att tillgå. SESAL-Phos processen är en flerstegsprocess med upplösning av aska med syra och bas för att bilda växttillgängligt kalciumfosfat som produkt. Processen är under utveckling och information om investerings- och driftkostnader finns inte att tillgå. BioCon-Processen är baserad på en jonbytesteknik för att separera oönskade metaller och oorganiska element för att erhålla fosforsyra. Processen är omfattande och kräver en mängd olika tillsatskemikalier. Processen används i Danmark vid en förbränningsanläggning och implementerades i Sverige under tidigt 2000-tal men anläggningen har lagts ned vid på grund av driftproblem. De metoderna som är mest lovande för Fortum Värme att vidare granska, sett till de för och nackdelar som erhållits, är CleanMAP-technology, ASH DEC-processen och termisk behandling i BFB-panna. CleanMAP-teknologin innefattar driftkostnader i form av hög kemikalieförbrukning, och kräver mindre anläggningsyta än ASH DEC-processen. ASH DEC-processen är kommersialiserad i Tyskland och Österrike och har drifterfarenhet av anläggningen, vilket är en god anledning till implementering i Sverige. Termisk behandling i BFB-panna har potential att fungera både praktiskt och ekonomiskt. Trots att denna process är långt ifrån kommersiell, kan den i framtiden vara en god kandidat att implementera för fosforåtervinning. Kvaliteten på erhållet rötslam och rötrest bör ha en låg ask- och fukthalt vilket ger en bättre förbränning. Biobränsle har en låg askhalt men hög fukthalt. Samförbränning av rötslam och rötrest tillsammans med biobränsle är att föredra rent ekonomiskt eftersom investering i en mono-förbränningsanläggning enbart för slam kan undvikas. En nackdel är dock att koncentrationen av fosfor i askan blir lägre och kostnaden för fosforåtervinning ökar. Fukthalten på biobränslet bör vara så lågt som möjligt, dels för att uppnå en tillräcklig koncentration av fosfor, dels för att erhålla ett rimligt värmevärde på bränsleblandningen vid förbränning. Huruvida förbränning av rötslam eller strängare krav på hygienisering av avloppsslam är ett tillvägagångssätt för behandling är i dagens läge en pågående diskussion. I ett initialt skede är ett alternativ att förbränna mindre mängder av rötslammet i de fall tungmetallhalterna, särskilt kadmium, är för höga för att spridas på åkermark. Ur ett hållbart perspektiv är det lämpligt att se förbränning och efterföljande fosforutvinning ur aska som ett gott alternativ till behandling av ett, till mängden, växande avfall. Både den sociala- ochmiljömässiga aspekten behandlas då avfallsvolymer reduceras, läkemedelsrester, smittoämnen och andra patogena ämnen destrueras samtidigt som tungmetaller reduceras och fosfor återvinns. Ur ett ekonomiskt perspektiv är kostnaderna för att återvinna fosfor i dagsläget för höga i jämförelse med vad det kostar att bryta råfosfater. Det kostar ca 28-38kr/kg för framtagning av återvunnen fosfor, beroende på vilken metod som används. Försäljningspriset för fosfor är ca 3 kr/kg. Tillsvidare gäller det att utveckla och effektivisera fosforåtervinningsmetoderna så att driftproblem kan minimeras samt investerings- och driftkostnader kan reduceras vilket medför större attraktion för företag att investera i återvinningsmetoderna. / Phosphorus is an endless nutrient that lately has been drawing much attention in correlation to over-fertilization and as a scarce commodity. Phosphorus is essential to all life, humans, animals and plants and the workable phosphorus back-ups seems to be running out. It is therefore important in the future to apply sustainable phosphorus recovery methods to take care of the circulation of phosphorus in today’s society. Sewage sludge is a waste that grows with the increase of population. Digested sewage sludge among other wastes such as digested municipal food waste contain beneficial nutrients such as phosphorus, nitrogen and potassium but also unhealthy trace elements, pathogenies, heavy metals and unwanted organic material. Sewage sludge also contain drug residues and micro plastic fibers. As of today it is allowed to spread sewage sludge and digested municipal food waste on farm land to return phosphorus together with other nutrients. Future set of regulations will probably be subtilized which will influence the usage of sewage sludge spreading on farm land. The sewage sludge will most likely have to go through some kind of pretreatment before being used as a resource. An alternative is to institute harder demands on hygenization which can be performed by pasteurization, thermophilic digestion or other treatments involving an increase in temperature to get rid of harmful substances. Another alternative that seems more promising is combustion of sewage sludge and digested municipal food waste, which will destroy unwanted substances such as drug residues, pathogenies, and left-over organic material. Depending in which type of pan the combustion will take place, CFB- (Circulated fluidized bed), BFB- (Bubbling fluidized bed) or grate boiler it will leave different amount of bottom ash and fly ash. Phosphorus and larger amount of heavy metals will be concentrated in the ash. Phosphorus is inert to the temperature changes and finds itself contained in the bottom ash, meanwhile heavy metals evaporate and stack up in the fly ash. This report evaluate different kinds of phosphorus recovering methods that can be divided in to main categories, thermo chemical and wet chemical recovery methods. The main purpose is to describe the methods, estimate its cost, find out if the method is ready for commercial use and specify the advantages and disadvantages. Thermo chemical treatment of sewage sludge ash in a BFB and the ASH DEC-process is two thermo chemical treatment methods this report brings up. The first mentioned is under development and its main purpose is to decontaminate the ash and use phosphorus rich whitlockite ash as a fertilizer. The system has an evaluated investment cost of 72 MSEK, with a pay-back time of 4,4 years and a capacity of at least 1000 ton ash/year. The ASH DEC-process is also a decontaminating process where the product is reclaimed as sodium calcium phosphates. The method estimated investment cost is around 140-170 MSEK with a pay-back time of 4 years and a capacity of 30 000 ton ash/year. The ASH DEC-process is currently in use in Germany and Austria. Among the wet chemical phosphorus recovery methods presented in this report is, CleanMAP-technology, PASH-Process, SEPHOS-Process, SESAL-Phos process and the BioCon-process. In common for these process is the different leaching and dissolution techniques and the origin of a process water that has to be cleaned before released. CleanMAP-Technology from EasyMining Sweden AB is much promising currently under development. The layout design will encapsulate a capacity of 30 000 ton ash/year, which correspond to the apprehending of nearly 30 % of the produced sewage sludge in Sweden today. CleanMAP-technology gives a water soluble product, ammonium phosphate, with nearly 100 % purity and can be used directly on farm lands. The process is energyefficient with low operating costs and a propitious heavy metal reduction. The technique is under development with no demonstration and no public data of investment costs or operating costs available. The PASH-process is an acid leaching method and form calcium phosphate as final product. The process gives a reduction of heavy metals and other metals, aluminum in specific. The process is therefore most appropriate to use on sewage sludge from water treatment plants that uses aluminum as a precipitate chemical. The investment cost is estimated to around 46 MSEK with an operating cost of 37 MSEK and a capacity of 30 000 ton ash/year and a phosphorus recovery of 1 700 ton/year. The SEPHOS-process uses acid and base for the dissolution of ash. Phosphorus is recovered as aluminum phosphate that ultimately is passed through a more advanced step called “advanced SEHPOS-process” in purpose to obtain calcium phosphates which are more suitable for plants because aluminum can cause damaged to the roots. The SEPHOS-process is currently under development and there are no public released data on investment costs or operating costs. The SESAL-Phos process is a multi-stage process with dissolution of ash with acid and base to obtain calcium phosphate as final product. The process is currently under development. The BioCon-process is based on ion exchange technology to be able to separate unwanted metals and inorganic elements. The obtain product is mainly phosphorus acid. The process is comprised and has a large variety of chemical demand. The process is used in Denmark and was implemented in Sweden in early 21th century but had to close down due to operating problems. Phosphorus recovery methods that seems most promising for Fortum Värme, accordingly to the advantages and disadvantages is CleanMAP-technology, ASH DEC-process and in the future thermo chemical treatment of sewage sludge ash in a BFB-boiler. CleanMAP-technology can implicate high operating costs due to the addition of chemicals, but they will be part of the products and the facility will be smaller than the ASH DEC-process. The ASH DEC-process is a commercial process in use in both Germany and Austria and has knowledge of operating which will be one of the reasons to consider implementation in Sweden. Thermo chemical treatment in a BFB-boiler has potential both practical and economical to be considered for implementation in the future even though it’s far from a commercial use. The quality of digested sewage sludge and digested municipal food waste should have a low ash- and moisture content. Bio fuel contain low ash content but high moisture content. Co-combustion of digested sewage sludge and municipal food waste along with bio fuel is to prefer in an economically point of view because no further investment in a mono-combustion plant is needed for the sludge only. One disadvantage is that the concentration of phosphorus in the ash will be lower and the cost of phosphorus recovery will increase. An appropriate moisture content of the bio fuel should be as low as possible to obtain higher phosphorus concentration in the ash and to get a tolerable heat value in the fuel mix during combustion. Whether combustion of digested sewage or more severe demands on hygenization of sewage sludge is the wanted procedure for treatment is today an ongoing discussion. Initially, one alternative is toburn small amounts of digested sewage sludge in those cases heavy metal content is too high to be spread on farm lands, especially cadmium. In a sustainable perspective it would be appropriate to see combustion followed by phosphorus recovery methods from ash as a good option of treatment. Both the social- and environmental aspect is attended when the volume of waste is decreased, drug residues destroyed, infectious agents and other pathogenic substances destroyed meanwhile heavy metals is concentrated and gathered for safe depositing. In an economical point of view it is confirmed that the costs to recover phosphorus is today too high in comparison to workable resources. Today the cost of recovered phosphorus is around 28-38 SEK/kg, depending on which method used and the selling price is around 3 SEK/kg, which makes it non profitable. For the time being the phosphorus recovery methods need further attention to be able to develop and expand upon. The need is also to make them more effective and to learn how to encounter operating failures and minimize the investment- and operating costs. If so, the recovery methods will bring more attention to companies and make them more interested in investment.

En ökad levervikt kan ge en indikation på toxisk stress hos fiskar. I denna undersökning jämfördes levervikt hos sandskädda (Limanda limanda) kring utsläppsområdet för pappersmassabruket Södra Cell Värö med ett referensområde ca. 10 km norrut. Det togs även lever- och muskelvävnadsprov för en grundläggande undersökning för närvaro av kadmium. Detta då kadmium tidigare har konstaterats i utsläppsvattnet från det berörda bruket och för att denna tungmetall lätt ansamlas i just levern. Totalt undersöktes 290 individer och 56 vävnadsprov togs från 28 av dessa (14 från utsläppsområdet och 14 från referensområdet). Undersökningen kunde påvisa en signifikant skillnad mellan områdena där en högre levervikt återfanns hos fiskarna kring bruket. Denna skillnad tyder på att det finns en förekomst av toxiska ämnen i området. Undersökningen gällande kadmium gav inga signifikanta resultat, trots det kan närvaro av kadmium inte uteslutas. Vi kan inte heller utesluta andra tungmetaller samt dioxiner och PAH (polycykliska aromatiska kolväten), vilka också kan ge upphov till en ökad vikt och skador på lever. / An increased liver weight can be an indicator of toxic stress of fish. In this study, liver weight of common dab (Limanda limanda) from the area around the effluent of the pulp mill Södra Cell Värö and a reference area approx. 10 kilometers north, were compared. Liver and tissue samples for a basic study for the presence of cadmium were also taken. The reason being that cadmium has been proven present in the effluent water in earlier studies and that this is a heavy metal that easily accumulates in the liver. In total 290 individuals were included in the study and 56 tissue samples were taken from 28 of these (14 from each area). A significant difference between the areas was confirmed with the highest liver weight being within the area of the effluent, suggesting a presence of toxic substances. The result from the study regarding cadmium was deemed inconclusive, and the presence can therefore not be ruled out. The presence of other heavy metals, dioxins and PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) can also not be ruled out, as they too can cause an increase in liver weight and damage to the liver.

Sulfidförande berg förekommer på många platser i Sveriges berggrund. När sulfidförande berg losshålls frigörs nya ytor som utsätts för kontakt med syre och vatten, vilket oxiderar sulfidmineralen och berget vittrar. Vittringsprodukten kallas surt lakvatten. Syftet med arbetet har varit att undersöka hur det sura lakvattnet påverkar den omgivande miljön, och hur spridning av det kan förhindras, samt vilka teoretiska möjligheter och risker det finns för användning av sulfidförande berg i infrastrukturprojekt. När lakvattnet kommer i kontakt med omkringliggande vattendrag orsakar det försurning och förhöjda metallhalter. Det kan också orsaka geotekniska skador. För att på ett säkert sätt kunna återanvända bergmaterialet bör provtagning och provanalys utföras enligt representativa metoder och bedömning av omgivningens förutsättningar ske. De metoder som idag används är i stor grad utvecklade för gruvnäringen och behöver därför anpassas. Om materialet bedöms lämpligt för återanvändning eller om sulfidbärande bergmaterial oavsiktligt använts finns en mängd metoder för att minska negativ påverkan på omgivningen. Mest effektivt är förhindrande av bildning av lakvatten genom övertäckning eller mikroinkapsling. Det finns även metoder för att förhindra spridning av surt lakvatten, såsom kalkning eller olika typer av barriärer eller dräneringsbäddar. För att det losshållna berget ska kunna återanvändas behöver hänsyn tas till en mängd olika lagar och regler.  Inom ramen på projektet utfördes en fallstudie av ett område där sulfidförande berg losshållits och oavsiktligt använts som fyllnadsmaterial i lokala vägar. Detta har lett till att vattendraget som rinner genom området kraftigt förorenats med metaller och på vissa platser har mycket låga pH-värden. Sex metaller (Cd, Co, Cu, Ni, Pb and Zn) och sex andra parametrar (pH, Fe, fosfat, nitrat, sulfat och DOC) valdes ut för korrelationsanalys mellan metallerna och parametrarna med Kendall's Tau i fyra olika provpunkter. Statistiskt säkerställda korrelationer förekom mellan samtliga metaller och parametrar, men inte i alla punkter. Korrelationerna med pH och DOC var starkast, men även korrelationer med järn, fosfat och sulfat förekom enligt förväntan. Korrelationer med nitrat förekom med samtliga metaller men med oregelbundenhet och utan mönster. Biotillgänglighetsmodellering med verktyget bio-met utfördes för Cu, Ni, Pb och Zn. Biotillgängligheten var starkast relaterad till DOC-halten, men även samband med pH kunde statistiskt säkerställas. Ni och Zn var de metaller med högst biotillgänglighet. I vissa fall översteg den biotillgängliga koncentrationen HC5, gränsvärdet för skydd av 95 % av organismerna i vattendraget. I flera av punkterna över- eller underskred pH och kalciumhalten modellens godkända intervall. En utveckling av modellen för inkludering av fler förutsättningar och metaller är därför något att eftersträva. / Sulfide-bering rock is found in multiple places in Swedish bedrock. When blasted, new surfaces is exposed and weathering occurs. This has the consequence that Acid Rock Drainage (ARD), water with low pH and high concentrations of heavy metals is spread to local watercourses, the environment becomes toxic. The aim of this project was to investigate theoretical possibilities and risks with recycling of sulfide-bering rock in infrastructure projects, as well as to examine how ARD affects the surrounding environment and how spreading of ARD can be prevented. To safely recycle the rock, it needs to be sampled and analysed by proper methods and the conditions of the sorrounding environment evaluated. Methods for applying this in infrastructure projects is currently being developed. If used, there is multiple methods to prevent or mitigate the spreading of ARD. The most effective way is to prevent its forming by covering or microencapsling, but prevention of spreading can also be dealt with by liming or drainage beds. A case study was made of an area affected by ARD. Correlation analysis with Kendall's tau was conducted between six metals (Cd, Co, Cu, Ni, Pb and Zn) and six other parameters (pH, Fe, phosphate, nitrate, sulphate and DOC). The correlations between the metals and pH as well as DOC was the stongest. It was difficult to find a pattern in the correlations with nitrate. Bioavailability modelling with the Biotic Ligand model bio-met was also made. Ni and Zn hade the highest bioavailable concentrations and exceeded the limit for protection of 95 % of species in one (Zn) or two (Ni) measuring stations. Expanded models for bioavailability is needed, since they have narrow boundaries for water chemistry conditions and only exist for few metals.

Industriell vattenrening är ett extremt viktigt område inom Miljöskyddsteknik då 60% av allt sötvatten inom Sverige används av industrier. Substanser som PFAS, aromatiska textilfärger, fenol och läkemedelsrester är extra utmanande då dessa kan vara gifta för biologisk rening. Syftet med denna rapport var att först redogöra några av de viktigaste avvägningarna som behöver göras när ett industriellt vattenreningsverk designas. I del två av arbetet har en kartläggning av teknologier som kan användas för att assistera eller ersätta biologisk rening. Det existerar flera olika typer av tekniker för att ersätta biologisk rening, men majoriteten av dessa konsumerar stora mängder värme eller elektricitet, vilket kan leda till stora rörliga kostnader. En trend inom industriell vattenrening är elektrifiering. Elektrifiering ger möjlighet att återvinna kemikalier, selektiv separation av joner, automatisk justering av pH via tekniker som elektrodialys och elektrokoagulering. Kall plasmaoxidation och kavitation kan även användas för destruktion av organiska ämnen. I takt med att förnyelsebar energi blir billigare att producera och om regeringen inför el-subventioner för industrin så kommer användbarheten av dessa tekniker att öka. Membranprocesser kan användas för att intensifiera processer som extraktion och indunstning. Med hjälp av membran kan separationshastigheten och energianvändningen minskas. Enzym kan användas för att skräddarsy rening för att bryta ner specifika ämnen vid låga tryck och temperaturer. Skumseparation är en mycket lovande process som kan användas för separation av ytaktiva ämnen som PFAS och har en mycket enkel design och låga energikostnader. / Industrial water treatment is an important field of study as industries in Sweden consumes over 60% of the available freshwater. Furthermore, only 60% of the industrial wastewater in Europe receive treatment before its discharged. Hard to oxidize compounds such as dyes, phenol, and PFAS are a major problem within the field as they often exhibit toxic or inhibiting qualities towards biological treatment methods. Therefore, the purpose of this thesis is twofold; firstly, some of the most important considerations when designing an industrial wastewater treatment plant is discussed to aid someone new to the field. Secondly, novel technologies that could be used to support or replace biological treatment methods are discussed. There exist several different novel technologies that can be used to treat organic pollutants. However, many of these techniques are very energy intensive, leading to high operational costs. A major trend within wastewater treatment is the electrification of treatment techniques. These enables the recycling of chemicals, selective removal of ions and automatic neutralization of pH by means of electrodialysis and electrocoagulation. They can also be used for destruction of organics using cavitation or cold plasma oxidation. The usefulness of these techniques is likely to increase in the future as the electrification of industry picks up speed and subsidies on industrial electricity prices are put in place. Membrane processes can intensify already existing unit operations such as evaporation and extraction. By employing a membrane, the speed of separation and the energy use can be lowered. Enzymatic treatment can be used to degrade several different compounds at low temperatures and pressures by tailoring the mix of enzymes to perfectly fit the wastewater in question. Foam separation is also interesting technology in the removal of surface-active chemicals and compounds due to its simplistic design and low operational cost. The use of this technology is likely to increase in the future if the legislation regarding persistent organics is tightened further.

This study took place in Malawi, south eastern Africa. Metal contamination of water and soil is a threat to the environment and human health and is a serious concern in many countries including Malawi. Blantyre is the city of commerce where most of the industry is located along the banks of the main rivers. Some of the industries produce wastewater, which due to poor access to wastewater treatment plants, is discharged without treatment into the environment. A match factory in Blantyre uses chromium as a colouring agent for match heads and very high concentrations of chromium(VI) have been measured downstream the factory with concentrations up to 56 mg/l, which is much higher than the WHO guidelines of 0.05 mg/l.  Chromium(VI) mainly occurs as chromate CrO42- and dichromate Cr2O72- ions. They are both toxic and carcinogenic and can cause mutations and chromosomal aberrations.   The aim of the study was to evaluate the efficiency of Granular Ferric Hydroxide (GFH) in adsorbing and removing chromium from an aqueous phase. Wastewater was collected from the match factory and by optimizing relevant parameters the removal efficiency was maximized. The parameters optimized were pH, dosage and contact time and the effect of initial concentration. After respective experiment, all samples were analysed for chromium using microwave plasma atomic emission spectroscopy (MP-AES).   The optimum pH was chosen to 8.0, the dosage to 17.4 g GFH/l and the contact time to 2 hours for a 95% removal of total chromium in undiluted wastewater. The removal efficiency of the GFH was 2.84 mg Cr/g GFH. To implement wastewater purification with GFH a number of practical issues have to be taken into consideration. Above all, a sufficient stirring method has to be devised as the removal efficiency is much affected by improper stirring. / Denna studie genomfördes i Malawi, sydöstra Afrika. Metallföroreningar i vatten och mark är ett stort problem i många länder, inklusive Malawi. Landets centrum för industri och handel ligger i Blantyre där de flesta av industrierna ligger längs med floderna. En del industrier genererar utsläppsvatten och på grund av dålig tillgång till vattenreningsteknik och vattenreningsanläggningar släpps mycket av det förorenade vattnet obehandlat ut i naturen. En tändsticksfabrik i Blantyre använder kromsalter för att färga tändstickshuvudena röda och höga koncentrationer av sexvärt krom har uppmätts nedströms fabriken. De uppmätta koncentrationerna var upp till 56 mg/l vilket är betydligt högre än WHO:s riktvärde på 0,05 mg/l. Sexvärt krom förekommer som kromat CrO42- och dikromat Cr2O72- joner vilka båda är mycket toxiska och cancerframkallande och därmed ett hot mot miljö och människor. Syftet med studien var att undersöka om granulära järnoxider (GFH) kunde användas som en adsorbent för att rena utsläppsvatten från kromater. Utsläppsvatten hämtades från tändsticksfabriken och genom att optimera relevanta parametrar kunde GFHns adsorbtionseffektivitet maximeras. Parametrarna som optimerades var pH, dos, kontakttid och initialkoncentration. Efter respektive experiment mättes kromkoncentrationen med mikrovågsplasma atomemissionsspektroskopi (MP-AES) Det optimala pH-värdet valdes till 8.0, dosen till 17.4 g GFH/l med en kontakttid på 2 timmar för en 95.3% reningsgrad på outspätt utsläppsvatten. Adsorptionseffektiviteten på GFHn var 2.84 mg Cr/g GFH. För att implementera vattenrening med GFH behöver flera praktiska aspekter tas med i beaktning. Framförallt är det viktigt med en bra omrörning för att GFHn ska kunna adsorbera effektivt.

Dagvatten kallas det regn- och smältvatten som rinner av från hårdgjorda ytor i stadsmiljön. Detta vatten för ofta med sig stora mängder av föroreningar som tungmetaller, näringsämnen och oljerelaterade ämnen, vilka kan göra stor skada om de når recipienter. För att rena dagvattnet och därmed minska föroreningsbelastningen byggs det allt fler öppna dagvattensystem som t.ex. våtmarker och dammar. Studier har visat att dessa system har hög reningseffekt och dessutom är de kostnadseffektiva. Kunskapen om hur avskiljningen i dessa system fungerar och om hur de bäst utvärderas är dock begränsad. Kungsängsdammen utanför Uppsala är en nybyggd dagvattenanläggning som är avsedd att rena och fördröja dagvattnet från industri- och handelsområdet Boländerna. Detta examensarbete syftar till att utreda reningsfunktionen av anläggningen. Framför allt genomfördes flödesproportionell provtagning vid inlopp och utlopp under 8 veckor. Ämnen som analyserades var näringsämnena P och N, suspenderat material, tungmetallerna As, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, V, Zn och oljekolväten. Vid några tillfällen analyserades också de oljerelaterade organiska föreningarna PAH:er, oktyl- och nonylfenoler samt tributyltenn. Flödesproportionell provtagning rekommenderas för att säkert avgöra avskiljningseffektiviteten av en damm, men nackdelen är att den tar mycket tid och stora resurser i anspråk. Utöver denna metod genomfördes kompletterande mätningar med sedimentfällor samt en beräkning av föroreningsbelastning vid inloppet med programmet StormTac. Den flödesproportionella provtagningen visade att Kungsängsdammen fungerar väl som avskiljningsanläggning för föroreningar. Suspenderat material, näringsämnen och tungmetaller avskiljs effektivt och utloppshalterna understiger föreslagna riktvärden för dagvatten. Detta trots att både zink, koppar, kväve och suspenderat material hade inloppshalter som låg över riktvärdena. Flödesberäkningar visade att andelen av flödet som bräddas i bypass-diket förbi dammen är viktig vid bedömning av avskiljningseffektiviteten. För organiska föreningar uppmättes tributyltenn i halter över miljökvalitetsnormen för ytvatten både vid inlopp och vid utlopp. Inloppskoncentrationer framräknade i StormTac gav överensstämmande resultat med den flödesproportionella provtagningen för tungmetaller och näringsämnen. Vidare visade undersökningen av sediment att sedimentationen sker främst i fördiket och i inloppet till dammen. Fördiket är i stort behov av rensning, då sediment riskerar att spolas bort vid höga flöden. / Stormwater is the name for rainwater and snowmelt runoff from impervious surfaces in the urban environment. This water often carries large amounts of pollutants such as heavy metals, nutrients, and oil-related substances, which can cause great damage if they reach the receiving waters. To clean the storm water and thus reduce the pollution load, more and more open storm water systems are being built, such as wetlands and ponds. Studies have shown that these systems have high pollutant removal efficiency and are cost effective. Knowledge of how these systems work and how they best are evaluated is limited. “Kungsängsdammen” near Uppsala is a newly constructed stormwater facility that is designed to clean and retard stormwater from the industrial and commercial area Boländerna. This thesis aims to investigate the purification function of the facility. Flow proportional sampling was carried out at the inlet and outlet for 8 weeks. Substances that were analyzed were nutrients P and N, suspended solids, heavy metals As, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, V, Zn and petroleum hydrocarbons. On some occasions, the petroleum-related organic parameters PAHs, octyl and nonylphenols and tributyltin were analyzed. Flow proportional sampling is recommended to determine the efficiency of a stormwater pond, but the problem is that it takes much time and considerable resources. In addition to this method, additional measurements were carried out with sediment traps, and a calculation of pollution load at the inlet with the program StormTac. The flow proportional sampling showed that the “Kungsängsdammen” pond-, functions well as a treatment facility for pollutions. Suspended solids, nutrients and heavy metals are separated effectively and the outlet concentrations for these substances were below proposed guideline values. This is observed, despite the fact that zinc, copper, nitrogen and suspended solids had intake concentrations above the guideline values. Flow calculations showed that the bypass flow is important when estimating the pollutant removal efficiency. For organic compounds, tributyltin was measured at concentrations above the Environmental Quality Standards (EQS) for surface water both at the inlet and outlet. The inlet concentrations that were calculated in StormTac were consistent with the results of the flow proportional sampling for heavy metals and nutrients. Moreover, the investigation of sediments showed that sedimentation occurs mainly in the ditch before the pond and at the inlet to the pond. The ditch is in need of cleansing, because of the risk of sediment being washed away during high flows. The flow proportional sampling showed that the “Kungsängsdammen” pond-, functions wellas a treatment facility for pollutions. Suspended solids, nutrients and heavy metals are separated effectively and the outlet concentrations for these substances were below proposedguideline values. This is observed, despite the fact that zinc, copper, nitrogen and suspended solids had intake concentrations above the guideline values. Flow calculations showed that the bypass flow is important when estimating the pollutant removal efficiency. For organiccompounds, tributyltin was measured at concentrations above the Environmental Quality Standards (EQS) for surface water both at the inlet and outlet. The inlet concentrations that were calculated in StormTac were consistent with the results of the flow proportional sampling for heavy metals and nutrients. Moreover, the investigation of sediments showedthat sedimentation occurs mainly in the ditch before the pond and at the inlet to the pond. The ditch is in need of cleansing, because of the risk of sediment being washed away during high flows.

I värme- och kraftvärmeverk förbränns olika typer av bränslen för produktion av el och fjärrvärme. Vid förbränningen bildas rökgaser som innehåller föroreningar, till exempel tungmetaller, från bränslet. Anläggningarna har ofta krav på utsläpp både via rökgaserna och avloppsvatten. Rökgaserna renas därmed genom olika tekniker var av en vanlig teknik är rökgaskondensering. Vid rökgaskondenseringen bildas en vätska, kallad rökgaskondensat, som delvis innehåller tungmetaller från bränslet. Rökgaskondensatet måste renas innan det kan lämna anläggningen och det görs bland annat med tungmetalljonbytare. Jonbytarmassan i tungmetalljonbytarkolonnerna behöver bytas ungefär två gånger per driftsäsong då den inte längre kan binda mer tungmetaller. Detta är en kostnad för värme- och kraftvärmeverken som de vill minimera. I denna studie undersöktes om lokal provtagning och analys på ett kraftvärmeverk av ett antal utvalda tungmetaller i rökgaskondensat är en bra metod för att optimering av reningssteget med tungmetalljonbytare. Samt om detta kan säkerställa att miljökraven för tungmetaller i det renade rökgaskondensatet uppfylls. Med optimering avses att jonbytarmassornas fulla kapacitet utnyttjas, d.v.s. att byten av jonbytarmassor kan reduceras utan att riskera otillåtna halter av tungmetaller i de renade rökgaskondensatet till följd av att jonbytarmassorna använts för länge. Även tiden som behöver avsättas för lokal provtagning och analys dokumenterades. I dagsläget sker analyser hos ackrediterade laboratorium där det tar drygt två veckor att få resultatet och under väntetiden kan mycket på anläggningen förändras. En verifiering av resultaten från studien gjordes mot resultat från ett sådant. I denna studie undersöktes lokal provtagning och analys med mätinstrumentet FREEDD som bygger på tekniken kvartskristall mikrobalans (QCM-teknik). Andra alternativ för lokal analys har inte undersökts här.  Resultatet visade att det i dagsläget är svårt att med lokal provtagning optimera reningssteget med jonbytarmassor samt kontrollera utsläppen av tungmetaller via det renade rökgaskondensatet. Korrigeringar hos mätinstrumentet och provpunkterna behöver göras för att få pålitligt resultat. Tiden som behöver avsättas för provtagning och analys beror på vilken metall som ska analyseras då tiden för preparering av prov varierar. Men om det kan möjliggöra att anläggningarna kan använda jonbytarmassorna längre samt får kontroll på utsläppen via det renade rökgaskondensatet kan det vara lönsamt att avvara den tiden. / In heating and combined heat and power plants, different types of fuels are burned to produce electricity and district heating. During the combustion flue gases containing pollutants, such as heavy metals, are formed from the flue. The plants have requirements for low emissions, both from the flue gases and the wastewater. The flue gases are purified by various techniques and a common technique is flue gas condensation. During the flue gas condensation, a liquid called flue gas condensate, is formed, which partly contains heavy metals from the flue. The flue gas condensate must be cleaned before it can leave the plant. A step in the purification of the flue gas condensate is usually heavy metal ion-exchanger. The ion-exchange mass in the heavy metal ion-exchange columns needs to be changed approximately twice per operating season as it no longer has room to bind more heavy metals. This is an expensive cost for the heating and combined heat and power plants that they want to minimize. This study investigated whether local sampling and analysis at a cogeneration plant of a number selected heavy metals in flue gas condensate is a good method for optimizing the purifications step with heavy metal ion-exchangers. And if this can ensure that the environmental requirements for the heavy metals in the purified flue gas condensate are met. Optimization means that the full capacity of the ion-exchange masses is utilized, i.e. that the exchange of ion-exchange masses can be reduced without risking unauthorized levels of heavy metals in the purified flue gas condensate as a result of the ion exchange masses being used for too long.  The time needed for local sampling and analysis was also documented. At present, analyzes are done at accredited laboratories where it takes over two weeks to get the result and during that time much can be changes at the plant. A verification of the result of the study was also made against the result of an accredited laboratory. In this study, local analysis was made with the measuring instrument FREEDD which is based on quartz crystal microbalance (QCM-technology). Other options for local sampling and analysis have not been investigated. The result showed that, in the present, it is difficult to optimize the purification step with ion-exchange masses and check emissions of heavy metals with the purified flue gas condensate. To obtain reliable result, corrections to the measuring instrument and test points need to be made. The time that needs to be set aside for sampling and analysis depends on the metal, as the time for sample preparation varies.  But if it can enable the plants to use the ion-exchange masses longer and gain control of the emissions of heavy metals with the purified flue gas condensate, it can be profitable to save that time.

There is a widespread distribution of possibly toxic heavy metals, such as zinc, in aquatic ecosystems. Simultaneously aquatic food webs are changing due to declining predatory fish stocks. In this study, I examine how such an alteration of the food chain, the disappearance of a top trophic level, can affect the uptake and transfer of pollutants in lower trophic levels. I investigate a tri-trophic food chain containing resources (zooplankton), consumer fish, and predatory fish and use zinc as an example pollutant. This is done by constructing and adding a pollutant module to a stage-structured biomass model. The combined model is based on a system of eight ordinary differential equations to study the zinc concentrations in the consumer fish population in two scenarios: in the presence or absence of predatory fish, i.e., the food chain consists of either three or two trophic levels. The results show that the removal of the predator affects the concentration of the pollutant in the consumer population. In the absence of predators, the uptake of zinc from food is smaller and the zinc concentration is lower in the consumer fish population. The results remain the same for different values of the pollutant-specific parameters, i.e., uptake rate from water, assimilation efficiency, and efflux rate. This could indicate that food chain dynamics have a strong influence on the uptake and transfer of pollutants. Furthermore, this means that even if the model is parametrized to zinc in this study, the modeling tool can also be used for other pollutants with similar biokinetics as zinc. The results from this study highlight the importance to include food chain structure and dynamics when studying the uptake and transfer of pollutants. The novel knowledge and the developed tool from this study could advantageously be included to a higher degree when discussing the impact of pollution on aquatic ecosystems and mitigation measures. / Det finns en utbredd spridning av potentiellt giftiga tungmetaller, som t.ex. zink, i akvatiska ekosystem. Samtidigt förändras akvatiska födovävar på grund av minskande rovfiskbestånd. I denna studie undersöker jag hur en sådan förändring av födoväven, ett försvinnande av en trofisk toppnivå, kan påverka upptaget och överföringen av föroreningari lägre trofinivåer. Jag undersöker en tritrofisk födokedja som innehåller resurser (zooplankton), konsumentfisk och rovfisk och använder zink som ett exempel på förorening. Detta görs genom att konstruera och addera en föroreningsmodul till en stegstrukturerad biomassamodell. Den kombinerade modellen bygger på ett system med åtta ordinära differentialekvationer för att studera zinkhalterna i konsumentfiskpopulationen i två scenarier: i närvaro eller frånvaro av predatorer, dvs. födokedjan innehåller antingen tre eller två trofiska nivåer. Resultaten visar att koncentrationen av föroreningen i konsumentpopulationen förändras när födokedjan ändras. När rovfiskar saknas i systemet är upptaget av zink från föda mindre och zinkkoncentrationen lägre i konsumentfiskpopulationen. Resultaten förblir detsamma för olika värden på de föroreningsspecifika parametrarna, d.v.s. upptagshastighet från vatten, assimileringseffektivitet och utflödeshastighet, vilket skulle kunna indikera att födokedjans dynamik har ett starkt inflytande på upptag och överföring av föroreningar. Vidare innebär detta att även om modellen har parametriserats till zink i denna studie, så kan modelleringsverktyget även användas för andra föroreningar som har en liknande biokinetik som zink. Resultaten från denna studie understryker vikten av att inkludera födokedjans struktur och dynamik när man studerar upptag och överföring av föroreningar. Den nya kunskapen och det utvecklade verktyget från denna studie skulle med fördel i högre grad inkluderas när man diskuterar föroreningars påverkan på akvatiska ekosystem och vilka åtgärder som bör sättas in för att minska problemen.

Highway runoff transport high concentrations of heavy metals. As climate change affect the environment with for example increased storm events, the treatment of road runoff becomes more important. This study aims to evaluate the treatment of highway runoff with constructed wetlands, stormwater ponds, vegetated filterstrips, vegetated swales and filter materials for highways in proximity to nature reserves. The treatment efficiency of constructed wetlands, stormwater ponds, vegetated filterstrips and vegetated swales was examined through a literature study and modelling of the different treatment methods using the StormTac modelling tool. Modelling was done both based on the design of a facility from the literature study and also adapted to a study area along the Södertörn Crosslink. The treatment efficiency of a sand filter as well as four reactive filter materials was determined from field studies on a pilot plant in Gröndal. The results from the study show that the guidelines for stormwater quality from Järfälla municipality can be reached with the treatment of stormwater using filter material. The treatment of heavy metals with constructed wetlands and stormwater ponds is below the guidelines for stormwater quality from Järfälla municipality for some of the studied heavy metals. However, the results from the modelling show a higher treatment efficiency than from the literature study for the majority of the studied metals. Moreover, construed wetlands and stormwater ponds also provide areas for recreation and promotion of biodiversity, which in a nature reserve area should be considered beneficial. A common issue for stormwater treatment with constructed wetlands, stormwater ponds and filter materials are that the required area for filter materials with pre-sedimentation basin, as well as the requested area for constructed wetlands and stormwater ponds, are bigger than the designated area for treatment in the case study. / Dagvatten från motorvägar för med sig höga halter tungmetaller. Effekterna av klimatförändringar påverkar miljön med till exempel fler och häftigare regn, vilket leder till att rening av vägdagvatten blir allt viktigare. Denna studie syftar till att utvärdera rening av dagvatten från motorvägar med konstruerade våtmarker, dagvattendammar, översilningsytor, svackdiken och filtermaterial för motorvägar i nära anslutning till naturreservat. Reningseffektiviteten för konstruerade våtmarker, dagvattendammar, översilningsytor och svackdiken undersöktes genom en litteraturstudie och modellering av de olika reningsmetoderna i modelleringsverktyget StormTac. Modellering gjordes både utifrån utformning av en anläggning från litteraturstudien, men även för en anläggning anpassad till ett studieområde längs Tvärförbindelse Södertörn. Reningseffektiviteten för ett sandfilter samt fyra reaktiva filtermaterial bestämdes från fältstudier på en pilotanläggning i Gröndal. Resultaten från studien visar att riktlinjerna för dagvattenkvalitet från Järfälla kommun kan nås med rening av dagvatten med filtermaterial. Reningen av tungmetaller med anlagda våtmarker och dagvattendammar ligger under riktlinjerna för dagvattenkvalitet från Järfälla kommun för några av de studerade tungmetallerna, dock visar resultaten från modelleringen en högre reningseffektivitet än från litteraturstudien för majoriteten av de studerade tungmetallerna. Konstruerade våtmarker och dagvattendammar skapar även områden för rekreation och främjande av biologisk mångfald, vilket i ett naturreservatsområde bör anses vara fördelaktigt. Ett gemensamt problem för dagvattenrening med anlagda våtmarker, dagvattendammar och filtermaterial är att det området som krävs för filtermaterial med försedimenteringsbassäng, samt det önskvärda området för anlagda våtmarker och dagvattendammar är större än det avsedda området för rening i fallstudien.

Syftet med denna undersökning är att utvärdera en XRFmätuppställning som använder högre spänning påröntgenröret än konventionella XRF-instrument. Iutvärderingen uppskattas Limit Of Detection (LOD) påtungmetaller genom att använda XRF-metoden, där dettestades olika filter, vinklar och rörspänning och derasinverkan på provet.Metaller med hög densitet kallas för tungmetaller. Vissatungmetaller är livsnödiga men vissa är skadliga för bådemänniskor och naturen. Några exempel på dessa tungmetallerär kvicksilver, kadmium och bly, vilka är farliga grundämnensom människor kan få i sig via föda.Vid utförande av denna undersökning användes enröntgenkälla (30-120keV) som var kopplad till mjukvaransom skickade fotonenergi och ström. En spektrometer med CdTe-detektor användes för att mäta energin på fotonerna från provet. Detektorn var kopplad till mjukvara där det uppmätt spektra kunde observeras och energitopparnas intensitet kunde avläsas. Topparnas intensitet kan härledas tillprovets samansättning. Sedan uppskattades LOD förproverna. Den teknik som jag har studerat ger möjlighet till bättre mätresultat än konventionella XRFutrustningar. Detta eftersom högre rörspänning gör att K-linjerna, inte bara L-linjerna, för tungmetaller kan avläsas