Sverige har som mål att endast använda fossilfria bränslen inom fordonsflottan till år 2030. Ett av dessa fossilfria bränslen är biogas som bland annat produceras på Karlstads reningsverk, Sjöstadsverket. Sjöstadsverket planerar att bygga ut sin slammottagningsstation för att kunna ta emot mer slam. I samband med detta finns det ett intresse av att undersöka effektiviseringsmöjligheter inom biogasproduktionen. Ett vanligt förekommande sätt att öka biogasproduktionen är genom tillsatser av olika spårämnen. I detta arbete har därför tillsatser av spårämnena järn, kobolt, nickel och magnesium undersökts genom termofila småskaliga rötningsförsök i satsreaktorer. Tillsatserna har även undersökts i kombination med det komplexbildande ämnet EDTA för att undersöka om den biologiska tillgängligheten påverkar vid rötning av avloppsslam. Förutom rötningsförsök har även en korrelationsanalys genomförts där olika faktorer som kan påverka biogasproduktionen undersökts för år 2017. Resultaten av rötningsförsöken visar att inga tillsatser av järn, magnesium, nickel eller kobolt kommer öka biogasproduktionen vid Sjöstadsverket. Istället har biogasproduktionen hämmats vid två av tre rötningsförsök. Dessa resultat indikerar att organismerna i rötningsanläggningen på Sjöstadsverket inte har någon brist på spårämnen. Inte heller tillsatser av EDTA ökade biogasproduktionen vilket visar att det inte heller finns brist på biologiskt tillgängliga spårämnen. Resultaten från rötningsförsöken styrks av korrelationsanalysen eftersom det inte heller finns några tecken på korrelation mellan biogasproduktion och de nämnda spårämnena. Resultaten av korrelationsanalysen visar att pH ut ur rötningsanläggningen kan ha en negativ inverkan på biogasproduktionen vid Sjöstadsverket. Resultaten indikerar att pH blir för högt i anläggningen, något som även påvisats vid rötningsförsöken. Ett högre flöde in i anläggningen kan sänka pH-värdet enligt vidare korrelationsstudier. Detta har även kunnat påvisas vid rötningsförsöken där pH blev lägre vid en kortare uppehållstid. Eftersom Sjöstadsverket baserar sin uppehållstid på en stabil volym i rötkamrarna bör det alltså vara möjligt att öka biogasproduktionen genom att öka flödet in i rötningsanläggningen, vilket kommer ske när den nya slammottagningsstationen sätts i bruk. Eftersom dessa slutsatser främst är baserade på korrelationer rekommenderas vidare studier där pH-värdets och uppehållstidens inverkan på biogasproduktionen vid Sjöstadsverket undersöks närmare. / The Swedish government has set a national goal to have no vehicles running on fossil fuels in year 2030. One of the fuels that can replace the fossil fuels of today is biogas. The biggest wastewater treatment plant in Karlstad, called Sjöstadsverket, is already producing biogas and is expanding to receive more sludge in the future. Because of this, Sjöstadsverket wants to investigate the possibility of a more effective biogas production. A common way to improve biogas production is trace element additives. Therefor the addition of cobalt, nickel, iron and magnesium has been investigated through small scale thermophilic anaerobic digestion trials in batch reactors. The trace elements have also been added in combination with EDTA to investigate the bioavailability of the trace elements. In addition to these experiments a correlation analysis was performed where different factors that might influence the biogas production were investigated for year 2017. The results from the digestion trials prove that no addition of iron, magnesium, cobalt or nickel will increase the biogas production. Instead, the biogas production was inhibited during two out of three experiments. These results indicate that the organisms in the digester at Sjöstadsverket already have a sufficient amount of trace elements. The addition of EDTA did not increase the biogas production either which indicates that the trace elements also are bioavailable to a sufficient extent. The results from the digestion trials are validated by the correlation analysis because no correlation could be found between the biogas production and the investigated trace elements. The results from the correlation analysis show that the pH-level affects the biogas production negatively. The results indicate that the pH-level is to high, something that was also observed during the digestion trials. A higher flow rate into the digesters could lower the pH-levels according to further correlation studies. This has also been observed during the digestion trials where a shorter retention time lowered the pH-levels. Because Sjöstadsverket bases their retention time on a stable volume in the digesters, it could be possible for them to increase the biogas production by increasing the flow rates, which will happen when they start receiving more sludge. Because these conclusions are mainly based on correlations, further studies of the influence of pH-levels and retention times on the biogas production at Sjöstadsverket are recommended.

The aeration step is the most energy consuming process in the wastewater treatment plant, i.e. making the energy usage in this step more efficient is of great concern both in Sweden and world wide. There are some examples of previous studies investigating ways to make the ae- ration control more efficient, though most of these have focused on for example ammonium feedback control rather than blower control which is the main focus of this study. Bromma wastewater treatment plant installed three new blowers in december 2016 functioning as suppliers of air to the aeration step in the bioreactor. Since there are still three old blowers operating at the WWTP, there is a need to control two different types of blowers efficiently. This is challenging since the two blower types have different capacities, efficiency and maxi- mum/minimum air flows and a control strategy that optimizes the operation of these two blower types combined needs to take this into account. Operational data for the blowers was used to generate a second grade polynome for each blower type which gives the efficiency as a function of produced air flow. These polynomes were further utilized to build a script in MATLAB that chooses the most efficient number of blowers operating and at what air flows for a certain total aeration need. The least square method was used to calibrate a model for calculating energy consumption for the simulated control strate- gy. Calculations for energy consumption from the current control strategy and another strategy proposed by the blower deliverer Sulzer were made in order to decide whether the optimized control strategy was an improvement or not. The simulation results and the calculations for energy consumption indicates that the current control strategy at Bromma WWTP is almost as effective as the optimized control strategy. Both strategies sets the new blowers at the first places in the queue. The optimized strategy appears to be more efficient for flows that requires both new and old blowers operating. From the calculations of energy consumption, it was shown that the control strategy from Sulzer de- mands an energy consumption on levels in between the one for the current control strategy and the optimized control strategy. / Luftningssteget är den mest energikrävande processen i ett avloppsreningsverk. Det finns därför incitament till att effektivisera energianvändningen då en minskad elförbrukning är positivt både ur ett ekonomiskt perspektiv och ur ett resursmässigt perspektiv. Energibesparingar från luftningssteget har undersökts tidigare genom att främst studera optimering av syreregleringen och luftregulatorn. Det här projektet syftar till att uppnå en minskad effektförbrukning på Bromma reningsverk genom att optimera blåsmaskinsregulatorn, ett mer outforskat forskningsfält.  På Bromma reningsverk installerades den 16 december 2016 tre nya blåsmaskiner som ska försörja luftningssteget i den biologiska reningen med luft. Det innebär att det finns två olika typer av blåsmaskiner som är i drift på Bromma: den gamla modellen (HST9000) och den nya modellen (HST40). Då dessa två olika typer av blåsmaskiner har olika kapacitet och verkningsgrad är det viktigt att blåsmaskinsregulatorn använder en styrstrategi som ställer dessa maskiner i kö på ett optimalt energieffektivt sätt. Det är även viktigt att i så stor utsträckning som möjligt låta maskinerna generera luftflöden nära sin högsta verkningsgrad.  Driftinformation för blåsmaskinerna användes för att med hjälp av beräkningar i MATLAB kunna välja ut det effektivaste antalet maskiner i drift, avgöra vilken typ av maskiner som ska användas samt vilket luftflöde respektive maskin ska generera vid ett specifikt luftflödesbehov. Målet var att hitta en optimal styrstrategi för Bromma reningsverk, samt att undersöka om det fanns möjligheter till energibesparingar jämfört med nuvarande implementerade styrstrategi. Effektförbrukningsberäkningar gjordes för både den simulerade optimerade styrstrategin och den nuvarande. Ytterligare en styrstrategi, föreslagen av blåsmaskinsleverantören Sulzer, undersöktes också ur ett energiförbrukningsperspektiv för jämförelse.  Resultatet av simuleringen och effektberäkningen indikerar att den nuvarande styrningen i princip är lika energieffektiv som den simulerade optimala styrningen. I båda fallen kopplas de nya maskinerna in i första hand. Dock visar resultatet på att den simulerade styrningen är effektivare vid flöden där det krävs att de gamla blåsmaskinerna sätts i drift. Sulzers föreslagna styrstrategi är mer energieffektiv än nuvarande styrning, men inte lika effektiv som den optimerade styrstrategin.

No description available.

Fältstudien gjordes för att utreda om det var möjligt att använda renat, filtrerat avloppsvatten för polymerberedning och i längden även som övrigt processvatten på Ellinge reningsverk. Testerna utfördes i fullskala med både vatten från mellansedimenteringen och slutsedimenteringen. Genom omfattande provtagningar och analysering av resultaten visade det sig vara en fungerande metod utan negativ påverkan på polymerlösningen och slamavvattningen. Det krävs dock mer arbete och ytterligare reningssteg såsom desinficering för att implementera det renade avloppsvattnet på hela vattensystemet. / The field study was done to investigate whether it was possible to use purified, filtered wastewater for polymer preparation and in the long run also as other process water at Ellinge treatment plant. The tests was performed in full scale with both water from the intermediate sedimentation and the final sedimentation. Through extensive sampling and analysis of results, it proved to be a working method without a negative impact on the polymer solution and sludge dewatering. However, more work and addiotional purification steps such as disinfection are required to implement the treated wastewater on the entire water system

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

Ozonförbehandling av avloppsvattenslam har diskuterats i litteraturen som en potentiell metod för att öka biogasproduktionen och minska slamvolymen. I detta arbete utvecklades en numerisk modell för att simulera effekten av ozonförbehandling på biogasproduktion genom anaerobrötning. Modellen bygger på en befintlig modell från litteraturen. Den antar att ozonering leder till en förbättring av hydrolyssteget samtidigt som de övriga stegen (acidogen, acetogen och metanogen) lämnas opåverkade. Modellen kan förutsäga biogasproduktionen för ett givet substrat förutsatt att den matas in i sin makromolekylära koncentration. Modellen är validerad mot fyra uppsättningar data från laboratorieexperiment rapporterade i litteraturen. Även genomförbarhetanalys och känslighetsanalys av modellen studerades. Skillnad i simulerade och experimentella data beräknades för olika ozondoser och en regressionsplot gjordes för att studera robustheten och noggrannheten hos modellen. / Ozone pretreatment of wastewater sludge has been discussed in the literature as a potential method for increasing biogas production and reducing sludge volume. In this work, a numerical model to simulate the effect of ozone pretreatment on biogas production by anaerobic digestion was developed. The model is based on an existing model from the literature. It assumes that ozonation leads to an enhancement of the hydrolysis step while leaving the other steps (acidogenic, acetogenic and methanogenic) unaffected. The model can predict the biogas production for any given substrate provided it is being inputted in its macromolecular concentration. The model is validated against four sets of data from laboratory experiments reported in the literature. Feasibility and sensitivity analysis of the model was also studied. Difference in the simulated and experimental data were calculated for different ozone dosages and a regression plot was made to study the robustness and accuracy of the model.

Mellansedimenteringsbassänger är inte sällan flaskhalsen för flödeskapaciteten vid reningsverk. För höga flöden kan leda till slamflykt, vilket påverkar efterkommande reningssteg negativt. Om en stor mängd slam från systemet försvinner kan detta även påverka det biologiska reningssteget negativt. Att förstå dynamiken av slamkvalitet och flödeskapaciteten är därmed viktigt både för att veta hur nya bassänger ska dimensioneras och för att bestämma belastningen för befintliga bassänger. Syftet med denna studie var att utvärdera flödeskapaciteten för mellansedimenteringen för det biologiska reningssteg C vid Kungsängsverket, Uppsala Vatten och Avfall AB:s största reningsverk. Syftet var också att studera hur temperaturen påverkade flödeskapaciteten. Genom att utföra sedimenteringstester med slam från Biosteg C vid olika koncentrationer och temperaturer kunde slammets kvalitet kvantifieras och användas för beräkningar och simuleringar för utvärdering av flödeskapaciteten. Sedimenteringstesterna visade på en tydlig skillnad i sedimenteringshastiget vid de olika temperaturerna. I Stokes lag användes olika värden på densiteten och viskositeten, vilka är parametrarna som förändras med temperaturen, för att undersöka en förväntad förändring i sedimenteringshastiget. Kvoten mellan 20 och 5° C var cirka 2 och kvoten mellan 10 och 5° C var cirka 1,2. Kvoterna mellan sedimenteringstesten varierade, men resultatet visade på en liknande trend som för Stokes lag. Bürger-Diehls och Takács sedimenteringsmodeller användes i den här rapporten med Takács sedimenteringsfunktion. Bürger-Diehlmodellen användes för att kalibrera parametrarna i Takács sedimenteringsfunktion, vilket gjordes genom att simulera sedimenteringstest och minimera felet mot den verkliga slamnivån vid sedimenteringstesten. Parametern 𝑣0 minskade med ökande temperatur vilket är en omvänd trend jämfört med litteratur. Parametern 𝑟h minskade med temperaturen vilket stämmer överens med litteratur. Flödeskapaciteten utvärderades vid konstant och dynamiskt flöde. För det konstanta flödet användes olika modeller, State Point-analys, Takács sedimenteringsmodell samt Bürger-Diehls sedimenteringsmodell med 10 och 30 lager. Alla modeller visade på ökande flödeskapacitet med ökande temperatur. Takács och Bürger-Diehl med 10 lager gav mindre noggranna resultat på grund av den låga mängden lager så för det dynamiska flödessimuleringarna användes bara Bürger-Diehlmodellen med 30 lager. Dessa simuleringar visade liknade resultat som för det konstanta flöden vid 6° C och 12° C. Vid 22° C visade däremot det dynamiska resultatet på en lägre kapacitet än för det konstanta flödet. Trots att sedimenteringstesten och de skattade modellparamterarna visade på en icke försumbar temperaturpåverkan ingår inte temperaturen i de använda sedimenteringsmodellerna. Detta kan leda till överskattning av flödeskapaciteten vintertid, exempelvis vid snösmältning. I framtiden bör därför detta tas hänsyn till vid dimensionering/modellering av mellansedimenteringsbassänger. / Secondary sedimentation tanks are usually the bottleneck of the flow capacity for wastewater treatment plants. High flows risk sludge escaping the system, which can negatively affect the following treatment steps. If a greater amount of the activated sludge escapes, the treatment efficiency could greatly decrease. Understanding the dynamic of sludge quality and flow capacity is detrimental to designing new secondary settling tanks and determining capacity of existing ones. The purpose of this study was to evaluate the flow capacity of the secondary settling tank for the biological treatment step C at Kungsängsverket, Uppsala Vatten och Avfall AB’s biggest wastewater treatment plant. The purpose was to study how different temperatures affected the flow capacity as well. By performing batch settling tests with sludge from the biological treatment step C, with different concentrations and temperatures, the sludge quality was quantified and could be used for calculations and simulations to evaluate the flow capacity. A clear distinction in the zone settling velocity could be observed between the different temperatures. Different values for the density and viscosity, correlated to the different temperatures used for the batch tests, were used in Stoke’s law to get an expected change of velocity. Between 20° and 5° C the quota was roughly 2 and between 10° and 5° C it was around 1,2. The quota for the batch tests differed randomly for the different concentrations, but the result indicated a similar trend as for Stokes law. The Bürger-Diehl and Takács sedimentation models were used for this study with the sedimentation function of Takács. The Bürger-Diehl model was used to calibrate the parameters in Takács function. This was done by simulating a batch test and minimizimg the sum of squared error compared to the actual sludge level from the batch test. The parameter 𝑣0 decreased in value with increasing temperature, which is a reversed trend seen from the literature. The parameter rh decreased with increasing temperature, which follows literature trends. The flow capacity was evaluated for a constant and dynamic flow. Constant flow was used with different models for comparison, which were, State point analysis, the Takács sedimentation model and the Bürger-Diehl sedimentation model with 10 and 30 layers. The result from all models indicated a higher flow capacity the higher the temperature. The flow capacity with Takács and Bürger-Diehl models with 10 layers gave a lower flow capacity than expected, which was because of the low resolution, therefore, the Bürger-Diehl model with 30 layers was used for the dynamic flow. The dynamic flow gave a similar result for 6° and 12° C, however, for 22° C the flow capacity was lower for the dynamic flow. Even though the batch tests and the estimated parameters showed a difference with temperature, it’s not included in any sedimentation model. This could lead to an overestimation of the flow capacity during wintertime, for example during snowmelt. Further research should be conducted to confirm these results and possibly be interpreted for future modelling of secondary sedimentation tanks.

Effektiviteten av automatiserade reningsprocesser inom avloppsreningsverk beror ytterst på kvaliteten av de mätdata som fås från installerade instrument. Givarfel påverkar verkens styrning och är ofta anledningen till att olika reglerstrategier fallerar. Idag saknas standardiserade riktlinjer för hur instrumenteringsarbetet på svenska reningsverk bör organiseras vilket ger begränsade förutsättningar för reningsverken att resurseffektivt nå sina utsläppskrav. Mycket forskning har gjorts på att optimera olika reglerstrategier men instrumentens roll i verkens effektivitet har inte givits samma uppmärksamhet. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka hur instrumentering på reningsverk kan organiseras och struktureras för att säkerställa mätdata av god kvalitet och att undersöka effekter av givarfel på reningsprocessen. Inom arbetet genomfördes en litteraturstudie där instrumentering på reningsverk under-söktes. Effekter av givarfel på reningsprocessen undersöktes genom att simulera en fördenitrifikationsprocess i Benchmark Simulation Model no. 2 där bias och drift implementerades i olika givare. Simuleringar visade att positiva bias (0,10–0,50 mg/l) i en ammoniumgivare inom en kaskadreglering bidrar till att öka luftförbrukningen med cirka 4–25 %. Vidare resulterade alla typer av fel i DO-givare i den sista aeroba bassängen i en markant större påverkan på reningsprocessen än samma fel i DO-givare i någon av de tidigare aeroba bassängerna. Om den sista aeroba bassängen är designad för att hålla lägre syrehalter är DO-givaren i den bassängen den viktigaste DO-givaren att underhålla. Positiva bias (200–1 000 mg/l) i TSS-givare som används för att styra uttaget av överskottsslam bidrog till kraftiga ökningar av mängden ammonium med cirka 29–464 % i utgående vatten. Negativ drift i DO-givare visade att stora besparingar i luftningsenergi, cirka 4 %, var möjliga genom ett mer frekvent underhåll av DO-givarna. Huruvida ett instrument lider av ett positivt eller negativt givarfel, bias eller drift, kommer att påverka hur mycket och i vilken mån reningsprocessen påverkas. Studien av givarfel visade att effekten av ett positivt eller ett negativt fel varierade och att effekten på reningsprocessen inte var linjär. Effekten av givarfel på reningsprocessen kommer i slutändan att bero på den implementerade reglerstrategin, inställningar i regulatorerna och på den styrda processen. / The effectiveness of automated treatment processes within wastewater treatment plants ultimately depend on the quality of the measurement data that is given from the installed sensors. Sensor faults affect the control of the treatment plants and are often the reason different control strategies fail. Today there is a lack of standardized guidelines for how to organize and work with online sensors at Swedish wastewater treatment plants which limits the opportunities for treatment plants to reach their effluent criteria in a resource efficient manner. Much research has been done on ways to optimize control strategies but the role of sensors in the efficiency of the treatment plants has not been given the same level of attention. The purpose of this thesis has been to examine how instrumentation at wastewater treatment plants can be organized and structured to ensure good quality measurement data and to examine how sensor faults affect the treatment process. Within the thesis a literature study was conducted where instrumentation at wastewater treatment plants was examined. The effects of sensor faults were examined by simulating a pre-denitrification process in Benchmark Simulation Model no. 2 where off-sets (biases) and drift where added to measurements from different implemented sensors. The simulations showed that positive off-sets (0.10–0.50 mg/l) in an ammonium sensor within a cascaded feedback-loop adds to the energy consumption used for aeration by roughly 4-25%. It could further be shown that all types of faults in a DO sensor in the last aerated basin had significantly larger effect on the treatment process than the same fault in any of the other DO sensors in the preceding basins. If the last aerated basin is designed to have low DO concentrations the DO sensor in that basin is the most important DO sensor to maintain. Positive off-sets (200–1 000 mg TSS/l) in suspended solids sensors used for control of waste activated sludge flow contributed to large increases of ammonia, by 29-464%, in effluent waters. Negative drift in DO sensors showed that significant savings in aeration energy, roughly 4%, was possible to achieve with more frequent maintenance. Whether a sensor is affected by a positive or a negative fault, be it off-set or drift, will affect how much and in what way the treatment process will be affected. The study of sensor faults showed that the effect of a positive or a negative fault varied and that the effect on the treatment process was not linear. The effect of a sensor fault on the treatment process will ultimately depend on the implemented control strategy, settings in the controllers and on the controlled process.

Spridning av läkemedelsrester och andra prioriterade mikroföroreningar i miljön har uppmärksammats och stor oro väckts kring problematiken. Bland observationer som forskare har noterat till följd av antibiotika, hormoner och läkemedel i vattenmiljöer är bland annat bakteriell resistens, könsbyte och sterilitet hos fisk och groddjur. Persistenta föroreningar som per- och polyfluor alkalysyror (PFAS) bryts inte heller ner i naturen och mikroskräppartiklar kan anrikas i vattendrag och orsaka negativa effekter på vattenlevande organismer. Gemensamt för mikroföroreningar är att dessa förekommer oftast i små halter och kan härstamma från olika mänskliga aktiviteter. Avloppsreningsverk (ARV) är inte primärt anpassade för att avskilja mikroföroreningar utan främst för att avlägsna kväve, fosfor och organiskt material. Uppströmsarbete är inte heller tillräckligt effektivt för att avlasta reningsprocessen vilket medför att mängden mikroföroreningar ökar i vattenmiljöer och sätter ytterligare påtryckningar på ARV. Utmaningar som ARV står inför idag med nya mikroföroreningar och förekomsten av dessa i miljön har väckt frågor både nationellt och internationellt. Stockholm Vatten och Avfalls (SVOA) beslut att implementera membranbioreaktor (MBR) på Henriksdals reningsverk av porstorleken 0,04 μm är en åtgärd för att rusta upp inför framtida hydrauliska volymer men även potentiella striktare reningskrav. Fördelen med MBR-processen är att den förhindrar föroreningar som förekommer partikulärt att passera membranen och på så sätt hindras skadliga ämnen att passera reningsprocessen. I dagsläge saknas krav på ARV att rena avloppsvatten från de flesta mikroföroreningar. Det förväntas dock att kommande lagstiftning omfattar läkemedel och andra organiska föroreningar. I detta projekt undersöktes mikroföroreningar i form av läkemedelsrester, antibiotika, hormoner, PFAS och mikroskärp i en MBR-process samt förekomsten av adsorberbara och extraherbara organiska halogener (AOX, EOX) som potentiellt bildas under rengöring av membranen till följd av reningsprocessen. Resultat från detta projekt med MBR-processen visade en generell högre reduktion av prioriterade mikroföroreningar i avloppsvatten än tidigare undersökningar på konventionella ARV, med undantag för några substanser som visade på en liknande sämre reduktion. Läkemedlen diklofenak, oxazepam, citalopram med flera visade på en sämre reduktion och lika så för antibiotikumen clindamycin, claritomycin och erytromycin där reduktionen var negativ och visade på en återkommande trend. Östrogena hormoner reducerades i reningsprocessen och likaså för mikroskräp där 60 partiklar/m3 mikroplast av porstorleken större än 300 μm passerade membranen. Mikroplast av en porstorlek i intervallet mindre än 300 men större än 50 μm passerade 140 partiklar/m3 membranen. För AOX och EOX var halten i MBR-processen typiska och i nivå med tidigare undersökningar genomförda på konventionella ARV. Eftersom membranen inte kan avskilja partiklar på molekylnivå visades sig även att det passerade fortfarande mikroföroreningar som undersöktes. En slutsats från detta projekt är att endast ett få tal ämnen reducerades helt medan majoriteten av de prioriterade mikroföroreningarna reducerades delvis i avloppsvatten. För att kunna reducera dessa prioriterade mikroföroreningar i reningsprocessen ytterligare om striktare reningskrav skulle bli aktuella krävs vidare efterbehandling efter MBR-processen. / Release of pharmaceutical residues and other emerging substances in the environment has been highlighted and raised a great concern regarding the issue. Among observations that scientists have noted as a result of antibiotics, hormones and pharmaceutical residues in the aquatic environment are bacterial resistance, sex change and sterility in fish and batrachians. Persistent pollutants such as perfluorinated-alkylated substances (PFAS) are also not degraded in nature, and microscopic debris particles can be enriched in aquatic systems and cause adverse effects on aquatic organisms. The common aspect with these substances is that they usually occur in small quantities and can derive from different human activities. Wastewater treatment plants (WWTP) are not primarily designed to separate emerging substances of concern (ESOC), but primarily to remove nitrogen, phosphorus and particulate organic matter. Upstream work is also not sufficiently effective to relieve the purification process, which means that the amount of pollutants increases in aquatic environments and puts additional pressure on the WWTP. The challenges facing WWTP today with ESOC and their presence in the environment has raised issues both nationally and internationally. Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) decision to implement a membrane bioreactor (MBR) with poresize of 0,04 μm at Henriksdal WWTP is a step to prepare for future hydraulic volumes, but also potentially stricter treatments requirements regarding ESOC. The advantage of the MBR process is that it prevents contaminants that appear to be particulate to pass the membranes and end up in the receiving waters. Today, WWTP are not required to treat wastewater in order to remove pharmaceutical residues, antibiotics, hormones, PFAS or microscopic debris particles. However, it is expected that future legislations will include pharmaceuticals and other organic pollutants. In this project, ESOC such as pharmaceutical residues, antibiotics, hormones, PFAS and microscopic debris in the MBR-process are studied as well as the presence of adsorbable and extractable organic halogens (AOX, EOX) that are possibly formed during the cleaning or maintains of the membranes. Results from this study showed a higher general reduction of the studied ESOCs in wastewater with the MBR-process than previous studies in conventional WWTP, except of some substances that showed a poor reduction. Pharmaceuticals such as diclofenac, oxazepam and citalopram showed a weak reduction as well as the antibiotics clindamycin, clarithromycin and erythromycin where they showed a higher outcome levels than the incoming to the treatment process. Estrogenic hormones were reduced in the purification process as well as microplastics where only 60 particles/m3 of pore size higher than 300 μm passed the membranes. Microplastics of the pore size smaller than 300 and larger than 50 μm were detected to 140 particle/m3 in the effluent water. For AOX and EOX, the level of MBR process showed typical values and were in line with previous studies on conventional ARV. However, since the membranes cannot treat contaminants at molecular level, it was also shown that some ESOC that were studied bypassed the treatment process. A conclusion from this project is that only a few numbers of substances were fully reduced while the majority of ESOCs were partially reduced in wastewater. In order to reduce further ESOCs and in case of stricter treatment were to be applied, additional post-treatment is also needed for the MBR process.

I takt med att Uppsala växer behöver kapaciteten för avloppsvattenrening på Kungsängsverket byggas ut. För att möta en framtida ökad belastning bedömer Uppsala Vatten & Avfall AB att en kolkälla kommer behöva tillsättas i den biologiska kvävereningen för att effektivisera den heterotrofa denitrifikationen på Kungsängsverket, som idag sker utan tillsats av kolkälla. Potentialen till förbättrad denitrifikation med olika kolkällor utvärderades genom satsvisa laboratorieförsök och litteraturstudier. Syftet var att bättre förstå de studerade kolkällornas funktion och prestanda i denitrifikation för att ge underlag inför en framtida fullskalig implementering av kolkälla. Det övergripande målet var att identifiera vilken eller vilka kolkällor som är mest fördelaktiga med avseende på reningseffektivitet, processpåverkan, doseringsbehov, ekonomi och miljöpåverkan. Triplikata försök genomfördes som denitrifikationstester med aktivt slam vid en genomsnittlig slamtemperatur på 14 ℃ och pH 7-8, där fem externa kolkällor (etanol, Brenntaplus VP1 och tre industriella restprodukter) samt försedimenterat avloppsvatten testades. I litteraturstudien inkluderades även metanol. Från försöksdata bestämdes specifika denitrifikationshastigheter, COD/N-kvoter och utbyteskoefficienter. Även bieffekter såsom nitritackumulering och fosforsläpp studerades. Därefter uppskattades doseringsbehov och kostnader baserat på erhållna resultat och antaganden om framtida produktionsmål för nitratkväve. En likartad prestanda erhölls med en av restprodukterna (RTP-vätska) och etanol som uppnådde högst denitrifikationshastigheter och reduktionsgrader (98 % respektive 97 %). Doseringsbehovet uppskattades vara 4 gånger högre med RTP-vätska jämfört med etanol. Med de två andra restprodukterna (dextrandrank och sackaroslösning) uppnåddes lägst denitrifikationseffektivitet och reduktionsgraderna uppgick till 79 % respektive 47 %. Vid test av sackaroslösning observerades dessutom ofullständig denitrifikation samt höga fosforsläpp. Dextrandranken uppträdde på liknande sätt. I egenskap av restprodukt är RTP-vätskan intressant för fortsatt utvärdering. Fullskalig implementering av RTP-vätska förutsätter att doseringsbehoven kan tillgodoses samt att lämplig distribuering och lagerhållning kan ordnas på Kungsängsverket. / The city of Uppsala is expanding and consequently enhanced capacity at the wastewater treatment plant of Kungsängen will be required in the future. As for the biological nitrogen removal process, Uppsala Vatten & Avfall AB expects an additional carbon source to be necessary in the future denitrification process. Currently, the nitrogen removal is employed without the addition of a carbon source. The potential of enhancing denitrification with different carbon sources was evaluated by conducting lab-scale batch tests and compiling literature data. The objective of this work was to better understand the performance of the chosen carbon sources as electron donors in heterotrophic denitrification and thereby provide groundwork for a future full-scale implementation of a carbon source. Based on information drawn from batch tests and literature, the carbon sources were evaluated with respect to removal efficiency, process compliance, quantitative dosing requirements, costs, and environmental sustainability. Lab-scale trials were conducted as denitrification tests (triplicate) at a mean sludge temperature of 14 ℃ and pH 7-8 with five external carbon sources (ethanol, Brenntaplus VP1, and three industrial waste products) and pretreated wastewater. In the literature review, methanol was included as well. Results obtained from the batch tests were used to determine kinetic parameters, mainly specific denitrification rates, COD/N ratios, and anoxic yield coefficients. Moreover, unwanted side effects due to addition of carbon sources were examined. Dosing requirements and costs were assessed based on previously determined kinetic parameters and supposed future production guidelines for effluent quality with respect to nitrate concentration. Similar performance was observed with one of the waste products (RTP liquid) and ethanol which achieved the highest denitrification rates and degree of removal (98 and 97 %, respectively). The estimated dosing requirement was 4 times higher with the RTP liquid compared to ethanol. The other two waste products, solutions of fructose (dextran) and sucrose, reached the lowest denitrification efficiency and removal degrees were 79 and 47 %, respectively. During tests with sucrose solution, incomplete denitrification and release of phosphorous were observed. The fructose solution showed somewhat similar behavior but to a lesser degree. Being a waste product, the RTP liquid is interesting for future evaluation. Full-scale implementation needs further considerations regarding dosing requirements, distribution, and storage conditions at the site of Kungsängsverket.