Avloppsreningsverk står inför uppgiften att rena inkommande vatten för att möta lagstiftade gränsvärden till en så låg kostnad som möjligt. Att syresätta biologiska reningsprocesser är kostsamt eftersom luftningsanordningen förbrukar mycket energi. Ungefär en femtedel av Himmerfjärdsverkets totala elenergiförbrukning går till luftning av biologiska processer. För att öka Himmerfjärdsverkets energieffektivitet startades under 2010 experiment med olika strategier för luftflödesstyrning. En av verkets nitrifikationsbassänger byggdes då om för att möjliggöra zonvis reglering av syrehalten. Syftet med denna studie var att utvärdera reglering med ammoniumåterkoppling och syrehaltsprofil för styrning av Himmerfjärdsverkets nitrifikationsprocess. Utvärderingen baserades på reningsresultat och energiförbrukning. Med nuvarande reglerstrategi varieras luftningen genom återkoppling från syrehalten i den andra av sex zoner i varje luftad bassäng. Denna reglering medför att det uppstår ett överskott av syre i slutet av bassängerna. Det finns således potential att spara energi om luftningen kan regleras så att syreöverskott undviks. Modellsimuleringar i Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) användes för att jämföra snabb och långsam ammoniumåterkoppling samt olika typer av syrehaltsprofiler inför försök i full skala. Modellen byggdes om och kalibrerades för att efterlikna Himmerfjärdsverkets process. Strategierna utvärderades för två scenarier; ett utan några övre begränsningar för luftningen och ett där Himmerfjärdsverkets luftflödesbegränsningar simulerades. Resultatet från simuleringarna visade att långsam ammoniumåterkoppling var den mest energieffektiva reglerstrategin i båda scenarierna. Resultatet visade även att det var möjligt att minska syretoppar genom en stigande syrehaltsprofil längs med bassängens flödesriktning. Genom fullskaleförsök utvärderades syrehaltsprofil och ammoniumåterkoppling. Resultatet visade att ammoniumåterkoppling var den reglerstrategi som förbrukade minst luft per mängd avskiljt ammoniumkväve och jämfört med ursprunglig reglering erhölls en 16 % lägre energiförbrukning. / Wastewater treatment plants (WWTP) have the challenging task to treat incoming water in order to meet the discharge limits at the lowest possible cost. Aeration of biological treatment processes is one of the most energy consuming posts at a WWTP. At Himmerfjärden WWTP approximately one fifth of the total electric energy consumption is used for aeration of biological processes. With the purpose of making Himmerfjärden WWTP more energy efficient full-scale experiments with different aeration control strategies started in 2010. In one of the aerated tanks a new control system was installed in order to allow zonewise control of the dissolved oxygen (DO). The objective of this master thesis was to evaluate ammonium feedback control and DO-profile control at Himmerfjärden WWTP. The evaluation was made with regard to effluent quality and aeration needs. With the original control strategy aeration is varied to maintain a constant concentration of dissolved oxygen in the second of six zones in each aerated tank. With this control strategy oxygen peaks occur in the last zones of the aerated tank. Thus, there is potential to save energy if these oxygen peaks can be avoided. Simulations were carried out in the Benchmark Simulation Model no. 1 (BSM1) where fast and slow ammonium feedback control and different DO-profiles were evaluated. The model was modified and calibrated to resemble the process at Himmerfjärden WWTP. The simulations showed that the slow ammonium feedback control was the most energy-efficient strategy. The results also showed that it was possible to reduce oxygen peaks by increasing the oxygen set-point along the aerated tank, e.g. an increasing DO-profile. The full-scale experiments included ammonium feedback control and DO-profile control. The results show that ammonium feedback control needed less airflow per amount ammonium removed, compared to both the DO-profile and the original control strategy, with a 16 % lower energy consumption compared to the original control strategy.

Lustgas är en växthusgas, ca 300 gånger mer potent än koldioxid och som har potential att bryta ned ozonlagret med sin livslängd på 120 år i atmosfären. Lustgasutsläppen beräknas ha ökat med mellan 20–30% sedan förindustriell tid vilket tros bero på en ökad användning av konstgödsel i jordbrukssektorn men en del av all lustgas som bildas kommer från avloppsreningsverk vilka står för ca 1,6% av lustgasavgången till atmosfären där Henriksdals reningsverk bidrar med lustgasproduktion. Under 2021 beräknade man en lustgasavgång från Henriksdals reningsverk på ca 37 ton, vilket kan jämföras med klimatavtrycket på 10 000 nyregistrerade bilar vid körningar på ca 1500 mil/år. Syftet med rapporten var att undersöka om det gick att beräkna mängden kväve i avgående lustgas och jämföra det med hur mycket av den beräknade lustgasen som avgår till luft av andelen renat ammonium, samt att undersöka olika strategier för minimering av lustgasproduktion. Det finns flera vägar till lustgasbildning i de biologiska reningsprocesserna i verket. Tre huvudspår finns dock till lustgasbildning varav autotrof nitrifikation var aktuell för detta examensarbete. Flera driftsstrategier finns att tillgå för att undersöka hur lustgasproduktion påverkas av olika faktorer. Under detta examensarbete undersöktes en av dessa, syrebörvärden, där ett fast syrevärde i den luftade bassängen antingen skulle minska eller öka lustgasproduktionen beroende på luftningsintensitet och ammoniumkoncentration i vattnet. Lustgasavgången beräknades bestå till 0,19% av kväve renat från ammoniumbelastningen. Resultatet visade att vid låga syrehalter i vattnet fanns en lägre andel lustgasbildning jämfört med högre luftningsintensitet. Nackdelen blev dock att andelen renad ammonium sjönk i blocket. Vid högre luftningsintensitet var lustgasavgången högre i ett av huvudscenariona. I det andra scenariot med hög luftning var andelen renat ammonium lägre än i första scenariot, men med låga lustgashalter. Slutsatsen blev att lustgas kan bildas under olika förutsättningar men att under just den här studien var lustgasproduktionen som högst när nitrifikationen var som mest effektiv. / Nitrous oxide is a greenhouse gas, almost 300 times more potent than carbon dioxide, and which has the potential to deplete the ozone layer with its lifetime of 120 years in the atmosphere. Nitrous oxide emissions are estimated to have increased between 20–30% since pre-industrial times, which is believed to be due to increased use of artificial fertilizers in the agricultural sector, but part of all nitrous oxide that is formed comes from wastewater treatment plants, which account for approx. 1.6% of nitrous oxide emissions to the atmosphere where Henriksdals treatment plants contribute to nitrous oxide production. In 2021, nitrous oxide emissions from Henriksdal's treatment plant were calculated to be approximately 37 tons, which can be compared to the climate footprint of 10,000 newly registered cars driven approximately 15 000 km per year. The aim of the report was to investigate whether it was possible to calculate the amount of nitrogen in outgoing nitrous oxide to compare it with how much of the calculated nitrous oxide is emitted to air from the proportion of purified ammonium, as well as to investigate different strategies for minimizing nitrous oxide production. There are several routes to the formation of nitrous oxide in the biological purification process in the plant. There are, however, three main tracks for nitrous oxide formation, of which autotrophic nitrification was relevant for this degree project. Several operational strategies are available to investigate how nitrous oxide production is affected by various factors. During this thesis, one of these, oxygen set-point, was investigated, where a fixed oxygen value in the aerated basin would either decrease or increase nitrous oxide production depending on aeration intensity and ammonium concentration in the water. The nitrous oxide discharge was calculated to consist of 0.19% nitrogen purified from the ammonium load. The result showed, that at low oxygen levels in the water, there was a lower proportion of nitrous oxide formation compared to higher aeration intensity. The disadvantage, however, was that the proportion of purified ammonium decreased in the block. At higher aeration intensity, nitrous oxide emissions were higher in one of the main scenarios. In the second scenario with high aeration, the proportion of purified ammonium was lower than in the first scenario, but with low levels of nitrous oxide. The conclusion was that nitrous oxide can be formed under different conditions, but during this study, nitrous oxide production was highest when nitrification was most efficient.