Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are man-made substances that hold unique properties. They are not only oil- and water repellants but also very resistant to degradation. Due to these properties, the applications are endless and PFASs can be found in a wide range of industrial applications and commercial products. The effluents of wastewater treatment plants (WWTPs) have been pointed out as one of the major sources of PFASs in the environment. The main aim of this project was to evaluate the sources and the occurrence of PFASs in a wastewater network in a Swedish city and in the different treatment steps at the connected WWTP. Another objective was to use these data to calculate mass flows and to investigate the fate of PFASs within the WWTP. The city of Uppsala and the WWTP Kungsängsverket were selected as study objects. Both wastewater and sludge were sampled and analyzed. In the wastewater network, a total of 15 pumping stations (PSTs) were sampled for wastewater, and at the WWTP, a total of 10 wastewater and 10 sludge samples were taken. The samples consisted of grab samples (n = 24), time-integrated samples (100 mL every 20 min during 24 hours, n = 2) and flow proportional samples (24 hours, n = 9). The aqueous and sludge samples were prepared for analysis using solid-phase and solid liquid extraction, respectively, and then analyzed by liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC/MS/MS). The PFAS concentrations and composition profiles varied greatly in the network. High concentrations of 6:2 fluorotelomer sulfonate (6:2 FTSA) were generally found in the wastewater, which indicates increased usage of 6:2 FTSA in industrial processes and applications as replacement for perfluorooctane sulfonate (PFOS) and/or leaching from fire-training sites. A hot spot was detected (Sågargatan PST: ΣPFAS = 55,000 ng L-1 = 110,000 mg d-1) with elevated discharges of C3 – C8 perfluoroalkyl carboxylates (PFCAs). The studied WWTP was ineffective in removing C4, C6, C8 perfluoroalkyl sulfonates (PFSAs), C3 – C8 PFCAs and 6:2 FTSA from wastewater. Longer chained C9 – C17 PFCAs tended to partition to sludge more effectively than shorter chained C3 – C8 PFCAs, where PFCAs with an even amount of perfluorated carbon atoms had a higher affinity for sludge than those with an odd amount. The PFAS concentrations and mass flows tended to increase across the second clarifier in both wastewater and sludge, probably due to precursor degradation. PFSAs and PFCAs tended to be at similar or lower concentrations in the effluent compared to the influent. This shows that these substances enter the WWTP from an upstream source and are not formed or added in the WWTP. The transformation of precursors is therefore not the most important source of PFASs in Kungsängsverket. PFASs in wastewater at a large scale municipal WWTP may origin to a large extent from both industrial applications and domestic sources, such as daily life products. The new knowledge generated within this project will help Uppsala Vatten to protect drinking water supplies and the receiving aquatic environment from PFAS contamination. / Per- och polyfluoroalkylerade substanser (PFAS) är konstgjorda ämnen som har unika egenskaper. De är inte bara fett- och vattenavvisande utan är även mycket resistenta mot nedbrytning. På grund av dessa egenskaper är applikationerna med PFAS oändliga, och de används i en lång rad industriella applikationer och kommersiella produkter. Renat vatten från avloppsreningsverk har pekats ut som en av de största källorna av PFAS i miljön. Syftet med det här projektet var att undersöka källorna och uppkomsten av PFAS i ett ledningsnät i en svensk stad och även före/efter de olika reningsstegen i det största reningsverket. Ett annat mål var att använda dessa data för att beräkna massflöden och att studera ödet för PFAS i reningsverket. Uppsala stad och reningsverket Kungsängsverket valdes som studieobjekt. Både avloppsvatten och slam provtogs och analyserades. I ledningsnätet provtogs totalt 15 pumpstationer (PST) med avseende på avloppsvatten och i reningsverket togs det totalt 10 avloppsvatten- och 10 slamprover. Proverna bestod av stickprover (n = 24), tidsintegrerade prover (100 mL var 20 min under 24 timmar, n = 2) och flödesproportionerliga prov (24 timmar, n = 9). Vatten- och slamproverna preparerades för analys med hjälp av fastfas- respektive fast-vätske-extraktion, och analyserades därefter med vätskekromatografi kopplat till tandem-mass-spektrometri (LC/MS/MS). PFAS koncentrationerna och sammansättningsprofilerna varierade mycket i ledningsnätet. Koncentrationerna av 6:2 fluorotelomersulfonsyra (6:2 FTSA) var generellt höga i avloppsvattnet, vilket tyder på en ökad användning av 6:2 FTSA i industriella processer och applikationer som ersättningssubstans för perfluorooktansulfonsyra (PFOS) och/eller urlakning från brandövningsplatser. En så kallad hot spot detekterades i ledningsnätet (Sågargatan PST: ΣPFAS = 55 000 ng L-1 = 110 000 mg d-1) med punktutsläpp av C3 – C8 perfluoroalkylerade karboxylsyror (PFCA). Det studerade reningsverket var inte effektivt för rening av C4, C6, C8 perfluoroalkyl-sulfonsyror (PFSAs), C3 – C8 PFCAs och 6:2 FTSA. PFAS av typen C9 – C17 PFCA (långa kolkedjor) tenderade att fördela sig till slamfasen mer än C3 – C8 PFCA (kortare kedjor), där PFCA med ett jämnt antal perfluorerade kolatomer hade större affinitet för slam än de med udda. PFAS koncentrationerna och massflödena tenderade att öka från första till andra sedimentations-tanken, både i avloppsvatten och i slam, troligtvis som en följd av degradering av prekursorer. PFSA och PFCA tenderade att ha likvärdiga eller lägre koncentrationer i ut- jämfört med inflöde. Detta tyder på att huvudkällorna för dessa substanser i avloppsvatten finns uppströms och uppkommer inte genom bildning eller tillsats i reningsverket. Nedbrytning av prekursorer är därför inte den viktigaste källan av PFAS i Kungsängsverket. Det visades tydligt att PFAS i ett kommunalt avloppsvatten kan ha sitt ursprung såväl i både industriella produkter och processer som produkter från hushåll, som t.ex. dagligvaruprodukter. Den nya kunskapen som genererats i detta projekt kommer att hjälpa Uppsala Vatten att skydda dricksvattentäkter och den mottagande akvatiska miljön för PFAS förorening.

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.

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.

Småskaliga processindustrier är små industrier som genom ett småskaligt, hantverksmässigt eller lokalt förhållningssätt förädlar råvaror genom olika automatiserade processer. Vid förädlingen uppkommer stora mängder processavloppsvatten med stor organisk belastning som måste tas om hand på ett hållbart, resurseffektivt och miljömässigt sätt för att inte skada människa eller miljö. I denna studie undersöktes kvaliteten på processavloppsvatten från småskaliga slakterier, mejerier och bryggerier, samt hur hanteringen av processavloppsvattnet från dessa processindustrier ser ut i Sverige idag. Ytterligare utreddes hur reningstekniker för små avlopp kan användas för rening av processavloppsvatten från småskalig processindustri samt hur marknaden för användande av tekniker för små avlopp för rening av processavloppsvatten ser ut. Studien använde ett flertal metoder, litteraturstudie av småskaliga processindustrier och små avlopp, intervjuer och enkätundersökning av småskaliga slakterier, mejerier och bryggerier, samt intervjuer med tillverkare för tekniker för små avlopp. Resultatet visade att kvaliteten på processavloppsvattnet inte kunde redovisas för majoriteten av processindustrierna från intervjuer och enkätundersökning eftersom kvalitetsanalyser inte alltid verkar ske på processavloppsvattnet, varken före eller efter rening. Litteraturen beskrev vidare att prioriterade parametrar att rena för slakterier, mejerier och bryggerier främst är organiska ämnen (mätt som BOD eller COD), suspenderade ämnen, kväve, fosfor, samt pH. Dessa parametrar varierar mellan de olika typerna av processindustrierna och inom samma typ av processindustri. Variationerna anses utgöra en utmaning att hitta passande reningstekniker som fungerar i alla sammanhang. Angående vilka reningstekniker och avloppslösningar som används av småskaliga processindustrier visade resultatet att en stor andel av processindustrierna har intern rening, och knappt en tredjedel har anslutning till kommunalt avloppsnät. Processindustrier med intern rening vars processavloppsvatten dimensionerades till mindre än 100 personekvivalenter använder till övervägande del tekniker för rening av små avlopp, men andra avloppslösningar såsom gödselbrunn, reningsverk och biogasanläggning förekom även för större avloppsdimensioner. Reningstekniker för små avlopp för rening av processavloppsvatten, samt anpassade tekniker för processavloppsvatten, erbjuds till viss grad på dagens marknad men det finns fortfarande utmaningar för att kunna tillhandahålla lösningar för fler typer av processindustrier. Möjlighet att utjämna avloppsflöden och lösningar med större belastningskapacitet är fortfarande något som behöver utvecklas vidare. / Small-scale process industries are small, sometimes locally or artisanal, industries that produces their product through processing raw materials by using automated processes. Large volumes of wastewater effluent are produced by doing this, and this wastewater is characterized by high organic load and nutrients which must be treated in a sustainable way to not be harmful to humans nor the environment. This study evaluated industrial wastewater treatment from small-scale slaughterhouses, dairies and breweries, including wastewater characteristics of these types of process industries in Sweden today. The study also included an evaluation of decentralized wastewater treatment systems for small-scale industrial wastewater treatment and what the Swedish market can provide regarding small-scale industrial wastewater treatments. Different methods were used to reach this goal; a literature study regarding wastewater characteristics and treatment of industrial wastewater and decentralized wastewater treatment systems, interviews, and surveys of Swedish small-scale process industries, and finally interviews with manufacturers of decentralized wastewater treatment systems. The result showed that wastewater characteristics was not accessible from most of the Swedish small-scale process industries. They mostly do not analyze their wastewater neither before nor after wastewater treatment. Furthermore, it was described that highpriority wastewater characteristics for treatment according to the literature was BOD, COD, suspended solids, nitrogen, phosphorus, and pH. Variations of these characteristics is common both between different types of process industries and in the same type of industry. These variations are challenging in regard to finding suitable wastewater treatment techniques that is adequate in every situation. Wastewater treatment systems used today are mostly local at the site, it is around a third that have connection to municipal wastewater facilities. The most common local wastewater treatment for small process industries (less than 100 population equivalents) is decentralized wastewater treatment systems according to the interviews and surveys. Other wastewater treatments such as dung pits, wastewater treatment plants and biogas plants were also used for larger process industries. Decentralized wastewater treatment systems for industrial wastewater treatment and adapted small-scale industrial wastewater treatments can be found to some extent on the Swedish market today, but there are still some challenges to provide small-scale industrial wastewater treatment for every type of process industry. Solutions to level out intense wastewater flows and capacity to receive high effluent loads need to be further developed.

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.

Within process or manufacturing industries, the production of goods and services or the products themselves may have negative side effects such as pollution. An important task for environmental policy is to control and limit these pollutions, for example via regulatory measures. Although, the efficiency of such measures vary greatly between different industries and an increasingly important task for environmental policy is then to encourage companies to engage in environmentally motivated innovation. Governments can utilize other measures than regulation to indirectly decrease pollution. This thesis aims to analyze such activities and how it affects the innovativeness of wastewater treatment, refrigeration and automobile manufacturing industries. The aim is also to investigate how environmental policy is shaped by opinion, technology and relationships within and to an industry. In each of the cases, the current technical system was a major determinator for what could be accomplished in an industry. This was more or less dependent on foreign conditions, such as market, opinion and policy, but the domestic level of technical advancement was critical. The geographical breadth of the issue at hand was a major factor. Also, all three cases showed that each industry has, for good or bad, dominating players that either dictates or largely influences the pace of adoption of environmentally motivated innovation. Government agencies must understand these facts, inventively use the array of policy tools at hand and include both industry representatives and foreign piers to speed up environmentally motivated innovation.