Ett avgörande steg i avloppsvattenrening med aktivslammetoden är att slammet kan avskiljas från det renade vattnet. Detta sker oftast i sedimenteringsbassänger. Sedimenteringsproblem är dock vanliga på många avloppsreningsverk, vilket kan leda till att föroreningar följer med utgående vatten. Studier om slamegenskaper är därför viktiga för att öka förståelsen för vilka faktorer som påverkar sedimenteringen och vad som kan göras för att minska problemen. I detta examensarbete har ett mindre avloppsreningsverk i Lövsta utanför Uppsala studerats. Ungefär en tredjedel av flödet till verket kommer från ett närliggande slakteri. Verket har återkommande problem med flytslam i slutsedimenteringsbassängen. Syftet med arbetet var att – genom litteraturstudier, provtagning, fullskaleförsök och analys – identifiera orsaker till flytslamproblemen. Även förslag till åtgärder skulle läggas fram. En utvärdering av reningsprocessen genomfördes dels utifrån befintliga mätdata, dels genom utförligare provtagningar och mätningar som gjordes under en treveckorsperiod i oktober. Höga nitrathalter observerades i vattnet, särskilt i den utjämningstank där flödesutjämning och förbehandling av slakterivattnet sker. De höga nitrathalterna, i kombination med en lång slamuppehållstid i slutsedimenteringsbassängen, bedömdes vara orsaken till flytslambildningen eftersom båda dessa faktorer gynnar uppkomsten av kvävgas genom denitrifikation. Det är denna gas som lyfter slammet från botten av bassängen till ytan. Två möjliga åtgärder för att lösa flytslamproblemen bedömdes vara genomförbara. Den ena var att öka bortpumpningen av slam från botten av slutsedimenteringsbassängen, för att förkorta slamuppehållstiden. Den andra var att denitrifiera vattnet innan det når slutsedimenteringen. Av dessa förslag ansågs det senare vara mer tilltalande ur både ekonomisk och miljömässig synvinkel. En strategi för att denitrifiera vattnet bedömdes vara intermittent luftning av utjämningstanken. Denna luftningsstrategi tillämpades under en försöksperiod på tio veckor. Nitrathalterna mättes en eller två gånger i veckan under försöksperioden. En sänkning av nitrathalterna observerades: från 182 mg/l till som lägst 60 mg/l i utjämningstanken och från 65 mg/l till som lägst 18 mg/l i luftningsbassängen. Sänkningen var dock inte tillräcklig för att förhindra flytslambildning i sedimenteringsbassängerna. Den ofullständiga denitrifikationen berodde troligtvis på för låga BOD-halter i utjämningstanken. Vidare undersökningar behövs för att utvärdera och optimera kvävereningen genom intermittent luftning. / One of the most crucial steps in wastewater treatment with activated sludge is the separation of sludge from the treated effluent. This is most often done by sedimentation in clarifiers. Sedimentation problems are, however, common in many wastewater treatment plants, causing higher concentrations of pollutants in the effluent. Research on sludge characteristics is therefore important to increase the knowledge about which factors affect the sludge settling properties and what can be done to minimize problems. In this master thesis a small wastewater treatment plant in Lövsta outside Uppsala, Sweden, was investigated. About a third of the influent water to the plant comes from a slaughterhouse situated nearby. The plant suffers from recurrent problems with rising sludge in the secondary clarifier. The purpose of this thesis was to – through literature studies, sampling, full scale experiments and analysis – identify causes for the rising sludge problem. Also, suggestions to remedy the problem were to be presented. An evaluation of the treatment process was conducted from existing measurement data and from sampling and measuring done for three weeks in October. High concentrations of nitrate were found in the water, especially in the equalization tank, where flow equalization and primary treatment of the slaughterhouse wastewater takes place. The high concentrations of nitrate, in combination with a long sludge retention time in the secondary clarifier, were judged to be the reason for the formation of rising sludge. Both of these factors stimulate the development of nitrogen gas through denitrification. This gas lifts the sludge from the bottom of the clarifier to the water surface. Two possible solutions to the rising sludge problem were considered feasible. One was to increase the pumping of sludge from the bottom of the secondary clarifier, to decrease the sludge retention time. The second was to denitrify the water before it reaches the clarifiers. Of these two suggestions, the second was regarded as more appealing from both an economical and an environmental point of view. One method to denitrify the water was deemed to be intermittent aeration in the equalization tank. This aeration strategy was implemented for ten weeks. Nitrate concentrations were measured one or two times a week for this period of time. A decrease in nitrate concentrations was observed: from 182 mg/L to at its lowest 62 mg/L in the equalization tank, and from 65 mg/L to at its lowest 18 mg/L in the aeration tank. The decrease was, however, not enough to prevent formation of rising sludge in the clarifiers. The incomplete denitrification process was thought to be due to low concentrations of BOD in the equalization tank. Further studies need to be carried out to evaluate and optimize the nitrogen removal through intermittent aeration.

På Käppalaverket i Stockholm står luftningen av de biologiska bassängerna för omkring en femtedel av verkets totala elenergiförbrukning. I ett försök att minska energikostnaden utvärderades under hösten 2010 nya metoder för luftflödesreglering på verket. Grundtanken var att styra luftflödet efter medelvärdet på utgående ammoniumkoncentration under en längre tid, istället för som idag efter momentana värden. Ett vanligt sätt att styra luftflöden på reningsverk idag är att använda återkoppling från utgående ammoniumkoncentration, vilket syftar till att alltid hålla den utgående koncentrationen vid ett valt börvärde. Lagstiftade gränsvärden på ammonium avser dock normalt medelvärden över en längre tid, såsom kvartal eller år. Istället för att anpassa luftflödet efter den inkommande belastningen är det därför möjligt att hålla luftflödet relativt konstant medan istället den utgående koncentrationen tillåts variera. I denna studie visades en energibesparing kunna erhållas om luftflödets variation reduceras. Två strategier utvärderades i vilka luftflödet respektive syrehalten hölls så konstant som möjligt. Dessa jämfördes med den idag använda styrstrategin på Käppalaverket, i vilken luftflödet anpassas efter den inkommande belastningen genom återkoppling. Studien inkluderade både simuleringar i modellen Benchmark Simulation Model no. 1 och fullskaleförsök på Käppalaverket. I både simuleringar och fullskaleförsök resulterade de två utvärderade strategierna i en lägre luftförbrukning per reningsgrad än den idag använda återkopplingsstrategin. I fullskaleförsöken erhölls en luftflödesreduktion på 11 % då luftflödet hölls konstant och 15 % då syrehalten hölls konstant. Båda strategierna genererade dock en kraftigt varierande utgående ammoniumkoncentration. Variationerna var störst då luftflödet hölls konstant och korrelerade inte med den dygnsbaserade belastningsprofilen. Sammanfattningsvis visade studien att en reducering av luftflödets variation resulterar i en lägre luftförbrukning men också i en ökad instabilitet. En konstant syrehalt gav en större energivinst och även en stabilare ammoniumreduktion än ett konstant luftflöde, varför denna metod har störst potential till vidare implementering i fullskala. / The aeration of the bioreactors is responsible for one fifth of the energy consumption at the Käppala wastewater treatment plant (WWTP) in Stockholm. In this report, new methods for aeration control were evaluated in order to reduce the energy costs at the plant. The main idea was to control the effluent ammonia concentration in terms of mean values instead of momentary values. A quite common approach for aeration control is to use feedback from the effluent ammonia concentration, thus aiming to keep the effluent concentration consistently at a certain set point. However, discharge limits normally refer to mean values over longer periods of time, such as months or years. Instead of adjusting the airflow to the incoming load it is therefore possible the keep the airflow fairly constant while allowing a fluctuating effluent concentration. In this paper, it was shown that by reducing the variation of the airflow, energy could be saved. Two methods were evaluated in which the airflow and oxygen concentration respectively was held constant. These methods were compared to the control strategy used today at the Käppala WWTP, where feedback control adjusts the airflow to the influent load. The study consisted of simulations with the Benchmark simulation model no. 1 (BSM1) as well as full scale experiments at the Käppala WWTP. Both the simulations and full scale experiments showed a reduced aeration per nutrient removal for the evaluated methods. In full scale, the total airflow reduction was 11 % when the airflow was held constant and 15 % when the oxygen concentration was held constant. However, the methods resulted in large variations of the effluent ammonia concentration, which did not correlate to the daily influent load. The variations were especially large when the airflow was held constant. In summary, this study showed that a reduced airflow variation results in lower aeration costs but also less stability. A constant oxygen concentration required less aeration and provided a more stable degree of ammonia removal than a constant airflow. For this reason, aeration control with a constant oxygen concentration has the best potential for further use at the Käppala WWTP.

Under 90-talet uppdagades övergödningsproblematiken i Östersjön, varför omgivande länder enades gällande åtgärder för att minska problemen. De svenska reningsverk som genom sina utsläpp av kväve och fosfor påverkade Östersjön tvingades då införa gränsvärden för kväve- och fosforutsläppen. Vid Arboga reningsverk, vars recipient är Arbogaån som mynnar i Galten, Mälaren, har kvävereducering sedan en tid tillbaka varit i drift. Dock krävdes från och med år 2012 att totalkvävehalten i utgående avloppsvatten ej översteg 15 mg tot-N/l. Införandet av detta gränsvärde resulterade i åtgärder för att minska kväveutsläppen.Rejektvattenbehandling är en vanlig metod för att minska halterna totalkväve i utgående avloppsvatten. Normalt utgör rejektvattnet 0,5–1,0 % av totala inflödet till reningsverket men 10–20 % av inkommande totalkvävebelastningen. I Arboga resulterade det nya gränsvärdet för totalkväveutsläpp i en nybyggnation av en rejektvattenbehandling utformad med fördenitrifikation. Detta innebär att rejektvattnet pumpas genom fyra zoner, två anaeroba följt av två aeroba. Ammoniumkvävet i inkommande vatten omvandlas genom detta processupplägg via nitrat till kvävgas.Denna studie syftade till att kartlägga rejektvattenbehandlingens effekt på halterna av totalkväve i utgående avloppsvatten från Arboga reningsverk. Detta inkluderade både simuleringar i Benchmark Simulation Model no. 2 (BSM2) samt studier genom vattenprovtagning vid Arboga reningsverk. Vid simuleringarna genomförda i BSM2 påvisades en märkbart lägre halt totalkväve i utgående avloppsvatten efter rejektvattenbehandlingens införande. Även vid den provtagningscykel som genomfördes på Arboga reningsverk under april år 2012 påvisades att markanta förändringar skett i utgående halter totalkväve och ammoniumkväve. Halterna totalkväve och ammoniumkväve i utgående avloppsvatten sjönk med ca 40 % respektive 65 % relativt samma tidsperiod år 2008–2011. Detta är dock endast resultat från det initiala skedet av rejektvattenbehandlingen som togs i drift 16 februari år 2012. Studien visade sammanfattningsvis att denna typ av processlösning för rejektvattenbehandling ledde till lägre halter av totalkväve och ammoniumkväve i utgående vatten från Arboga reningsverk. Dock krävs vidare studier för att kartläggaden slutgiltiga effekten av rejektvattenbehandlingen, då den i nuläget ännu ej nått sin slutgiltiga kapacitet. / Eutrophication problems were discovered in the Baltic Sea during the 1990s, why thesurrounding countries came to an agreement regarding measures to reduce the problem. Swedish wastewater treatment plants that influence the Baltic Sea by their emissions ofnitrogen and phosphorus have since introduced limit values for nitrogen and phosphorusconcentrations in the effluent water.At Arboga wastewater treatment plant (WWTP) a nitrogen reduction process withactive sludge was implemented a few years back. The recipient Arbogaån leading intoGalten, Mälaren, has eutrophication issues, and from the year 2012 the concentration oftotal nitrogen in treated wastewater must not exceed 15 mg tot-N/l. This limit resulted inmeasures to reduce nitrogen emissions.Reject water treatment is a common method to reduce the levels of total nitrogen intreated wastewater. Normally, the reject water contributes to 0.5–1.0 % of the totalinflow to the treatment plant but 10–20 % of the incoming total nitrogen load. In Arboga, the new limit for total nitrogen emissions resulted in a reject water treatmentfacility with predenitrification. The reject water is routed through four zones, twoanaerobic followed by two aerobic. Ammonium is by this process converted in to nitrogen gas via nitrate. This study aimed at identifying the effect from what implementing a reject watertreatment on the levels of total nitrogen in treated wastewater from Arboga WWTP.This included simulations in the Benchmark Simulation Model no. 2 (BSM2) as well aswater sampling at Arboga WWTP. The simulations that were carried out in BSM2 showed a significantly lower content of total nitrogen in treated wastewater after thereject water treatment was implemented. The sampling cycle conducted at ArbogaWWTP in April 2012 revealed that changes occurred in the levels of total nitrogen andammonium in the effluent water. The concentrations of total nitrogen and ammonia nitrogen in treated wastewater decreased by about 40 % and 65 %, compared to thesame time period in 2008–2011. This is, however, only results from the initial stage ofthe reject water treatment, which began operating on February 16th 2012.In summary, this study showed that this type of process solution for reject watertreatment resulted in lower levels of total nitrogen and ammonia in the effluent water at  Arboga WWTP. Further studies are needed to determine the final efficiency of the rejectwater treatment, since it yet has to reach its full capacity.

The aim of this report is to present a proposal for a constructed wetland as a complement toHaga treatment plants, Surahammar. First, a literature study in the subject was made andthen a case study was conducted, where Ekeby and Trosa wetland was visited. Parallel anarchival study was performed and several field visits were made to the proposed site toinvestigate the local conditions for constructing a wetland adjacent to Haga treatment plants.Finally, a proposal for the design of the constructed wetland was made. The proposalincludes an oxygenating area for reduction of ammonium to nitrate followed by a system ofdams and channels to convert nitrate to nitrogen diffuses into the air. Phosphorus removaltakes place throughout the residence time in the wetland, as well as reduction of the bacterialload. Expected results for the outgoing water from the wetland is that P-tot can be reduced to0.10-0.11 mg / l, N-tot can be reduced to 11-14 mg / l, a reduction of E. coli, fecal streptococciand intestinal streptococci by 70-99% and a little reduction of residues from drugs take placedue to oxygenation and the UV-irradiation of the water. / Allt vatten här på jorden ingår i den hydrologiska cykeln, så även det renade avloppsvattnet.Avloppsvatten innehåller bland annat kväve och fosfor vilka bidrar till övergödningen avsjöar, vattendrag och hav. Övergödningen är ett utbrett problem och i Västmanland är 53 %av länets sjöar och vattendrag utsatta för det.Syftet med den här rapporten är att ta fram ett förslag till våtmark för Haga reningsverk,Surahammar. Först har information om hur en våtmark kan användas för efterpolering avrenat avloppsvatten tagits fram för att därefter nyttjas som grund i ett förslag till våtmark förHaga reningsverk, Surahammar. Först gjordes en litteraturstudie inom ämnesområdet ochdärefter gjordes en fallstudie där Ekeby och Trosa våtmark besöktes. Parallellt utfördes enarkivstudie och flera områdesbesök på den tilltänkta platsen för att få fram vilkaförutsättningar som finns för att anlägga en våtmark i anslutning till Haga reningsverk ochsist gjordes ett förslag på en våtmark.Anledningen till att anlägga en våtmark kan vara flera, men att avskilja fosfor, kväve samtbryta ner organiskt material är vanliga orsaker. En våtmark fungerar som ett kompletterandesteg till det ordinarie reningsverket och minskar belastningen på recipienten. Hur mycketutsläppen reduceras beror på många faktorer och egenskaper där utformning, vattnetsuppehållstid, syresättning och tillgång till organiskt material är viktiga men även parametrarsom förbehandling av avloppsvattnet och belastningen på våtmarken spelar stor roll. Ävenväxtligheten i våtmarken påverkar det slutliga resultatet, både vad det gäller vad och hurmycket som avskiljs. Avskiljningen av fosfor och kväve sker främst genom sedimentation ochnäringsupptag till växter samt att kväve även avskiljs vid denitrifikation. För den långsiktigaavskiljningen av kväve från vattnets kretslopp är nitrifikation och denitrifikation de som harstörst betydelse. Nitrifikationsprocessen är när ammoniumjoner omvandlas till nitratjoneroch det kräver god tillgång på syre, därefter följer denitrifikationen när nitratjonerna undersyrefria förhållanden omvandlas till kvävgas som diffunderar upp i atmosfären. För attnitrifikationsprocessen ska kunna fungera krävs antingen att det finns ennitrifikationsanläggning i reningsverket eller en syresättningsfas i våtmarken. Det kan skapasgenom att börja våtmarken med en översilningsäng, där det renade avloppsvattnet får strilaner över en bevuxen äng. Vattnet syresätts av luften och nitrifikationsbakterier som trivs bra iväxtligheten utför nitrifikationsprocessen och omvandlar ammoniumjonerna till nitratjoner.Därefter följer ett system av dammar och kanaler där denitrifikationsprocessen tar vid ochomvandlar nitratjonerna till harmlöst kväve. Även i dammar och kanaler har växtlighetenstor betydelse eftersom det bildas biofilm, ett tunt lager av bakterier på växterna, som deltar iden biologiska processen av nedbrytning av organiskt material samt avskiljning av fosfor ochkväve i vattnet.När vattnet passerar genom våtmarken sker också en reducering av antalet bakterier somfinns i det renade avloppsvattnet. Mätningar av E. coli, fekala streptokocker, Koliformabakterier och intestinala enterokocker visar på att halterna kan reduceras kraftigt. Även vissaläkemedel visar tendenser till att brytas ned, men läkemedel är en komplex grupp och detfinns begränsad kunskap om deras omvandling och påverkan i miljön. Det finns dock indikationer om att nedbrytningen av läkemedelsrester är högre i de våtmarker som harsyresättande delar som till exempel översilningsäng.Haga reningsverk är beläget strax utanför Surahammars tätort och har idag en kulvert somleder ut det renade avloppsvattnet från verket till recipienten. Mellan Haga och recipientenligger ett markområde på cirka 750 gånger 750 meter som skulle kunna utnyttjas till envåtmark. Redan idag ligger utsläppsvärdena för Haga reningsverk under de tillåtna halternamen en önskan att ytterligare minska belastningen på miljön finns. Vid analysering avutsläppsvärden för Haga reningsverk framkom att ammoniumkväve utgör en stor andel avutgående totalkväve samt att halterna av totalfosfor, BOD7 och suspenderade ämnen är lågatill måttliga. Ett förslag på våtmark anpassat till de förutsättningar som råder vid Hagareningsverk har tagits fram och presenteras i rapporten. Våtmarken föreslås innehålla tvåsektioner med först en översilningsäng för att reducera den höga andelen ammoniumkväveoch därefter ett damm och kanalsystem för att reducera nitratkvävet. Under hela processensker avskiljning av fosfor samt reducering av bakterier och en viss nedbrytning avläkemedelsrester. Förväntade resultat för det utgående vattnet från våtmarken är att P-totkan reduceras till 0,10–0,11 mg/l, N-tot kan reduceras till 11–14 mg/l, en reducering av E.coli, fekala streptokocker och intestinala streptokocker med 70-99 % samt att en vissminskning sker av läkemedelsrester tack vare syresättning och solens UV-bestrålning avvattnet.

The project undertaken in this thesis was performed at MittSverige Vatten och Avfall (MSVA) in cooperation with the Swedish Environmental Research Institute (IVL). The effect of temperature on nitrogen removal using moving bed biofilm reactor (MBBR) was controlled using two separate lines by investigating the influence of temperature on nitrification, pre-denitrification, and post- denitrification in a pilot plant scale. By monitoring the process using chemical analysis, batch tests and online systems, it was possible to observe the changes occurring in the different reactors along with different parameter set-ups and react to the undesirable changes in the system. Due to some limitations, the master's thesis couldn’t fully answer the objective of the study. Nonetheless, the processes were investigated and evaluated to better understand the possibilities and limitations of nitrogen removal with MBBR with treating cold wastewater. During the study period, the inflow coming to the pilot plant, recirculation flow, external carbon dosing, set points of dissolved oxygen and temperature values were controlled. By manipulating these different parameters, it was possible to observe their impacts on the processes. The inflow was variable between 0.42 and 0.67 m3/h, recirculation flow was set to 1.2 m3/h at the beginning then changed to function same as the inflow after being reduced to 0.84 m3/h in between. DO level was variable throughout the entire study period with an average concentration of 4.2mg/l in line 1 and 4.43 mg/l in line2 in all the aerated zones for each line. Temperature of incoming water varied between 5.94 and 9.3 oC with an average temperature of 7.73 oC while the average temperature of the water in the system in line 1 was 13.3 oC and 12.62 oC in line 2. During the 5 months study period, the system achieved an average total nitrogen removal efficiency of 46% in line 1 and 60% in line 2. / Projektet i detta examensarbete utfördes vid MittSverige Vatten och Avfall (MSVA) i samarbete med Svenska Miljöinstitutet (IVL). Effekten av temperatur på kväveborttagning med användning av biofilmreaktorer med rörliga bärare (MBBR, eng. för Moving Bed Biofilm Reactor) kontrollerades genom att undersöka temperaturens inverkan på nitrifikation, pre-denitrifikation och post- denitrifikation i två separata linjer i en pilotanläggningsskala. Genom att övervaka processen med hjälp av kemiska analyser, batchtester och online-system, var det möjligt att observera de förändringar som sker i de olika reaktorerna tillsammans med olika parameteruppsättningar och reagera på de oönskade förändringarna i systemet. På grund av vissa begränsningar kunde masteruppsatsen inte helt svara på syftet med studien. Ändå har processerna undersökts och utvärderats för att bättre förstå möjligheterna och begränsningarna av kväverening med MBBR vid rening av kallt avloppsvatten. Under studieperioden kontrollerades inflödet till pilotanläggningen, recirkulationsflöde, extern koldosering, börvärden för löst syre och temperaturvärden. Genom att ändra dessa olika parametrar var det möjligt att observera deras inverkan på processerna. Inflödet var variabelt mellan 0,42 och 0,67 m3 /h, recirkulationsflödet sattes till 1,2 m3/h i början och ändrades sedan till att fungera som inflödet efter att ha reducerats till 0,84 m3 /h däremellan. DO- nivån var variabel under hela studieperioden med en genomsnittlig koncentration på 4,2 mg/l i linje 1 och 4,4 mg/l i linje 2 i alla luftade zoner för varje linje. Temperaturen på inkommande vatten varierade mellan 5,9 och 9,3 oC med en medeltemperatur på 7,7 oC medan medeltemperaturen på vattnet i systemet i linje 1 var 13,3 oC och 12,6 oC i linje 2. Under den 5 månader långa studieperioden uppnådde systemet en genomsnittlig total kvävereduktionseffektivitet på 46 % i linje 1 och 60 % i linje 2.

Examensarbetets syfte var att undersöka möjligheter till denitrifikation på sandfilter (SF) i industriell skala och hur det jämför sig med konventionella metoder för att uppnå denitrifikation och effekten av förändringen på processen vid Bromma reningsverk. Parametrar som undersöktes var rening av ammonium och nitrat, luftning, temperatur, pH, rening av fosfor, rening av organiskt material, rening av suspenderat material, förbigång av vatten vid SF och aktivslamanläggning (ASA), drifttider för SF:arna och total vattenbelastning på ASA och SF. Mätningarna gjordes med aCurve, ett online internt program vid Bromma reningsverk där onlineanalysatorer och driftsparametrar loggades. Nitrat- och nitritvärdena kontrollerades med standardiserade kyvettmetoder. Reningen av totalkväve uppnådde värden på 0,62-0,94 när denitrifikation på SF implementerades. Ökad igensättning av SF inträffade på grund av dosering av metanol på SF och tillväxt av mikroorganismer som orsakade en ökad risk för förbigång av SF, särskilt under hög vattenbelastning. Reningen av suspenderat material, organiskt material och fosfat påverkades inte av implementeringen av denitrifikation på SF. Resultaten av examensarbetet kan användas för att ytterligare optimera konventionella metoder för kväverening i reningsverk. För ytterligare studier kunde igensättning av SF vid användning av metanoldosering på sandfilter undersökas och metoderna kan jämföras i en kontrollerad miljö. / This thesis work aimed to investigate opportunities of denitrification on sand filters (SFs) at industrial scale and how it relates to conventional methods of achieving denitrification and its effect on the process at Bromma WWTP. Investigated parameters were ammonium and nitrate removal, oxygen and aeration, temperature, pH, phosphorus removal, removal of organic material, removal of suspended solids, water bypass of SF and activated sludge facility (ASF), operational times of the SFs and total water load on ASF and SF. The measurements were made with aCurve, an online internal program at Bromma WWTP where online analyzers and operational parameters were logged. The online values for nitrate and nitrite were controlled using standard cuvettes methods. Tot-N removal achieved values of 0.62-0.94 for denitrification on SF. Increased clogging of SFs occured due to dosage of methanol on SFs and growth of microorganisms causing an increased risk of SF bypass especially during high water load. Removal of TSS (total suspended solids), BOD7 and phosphate were unaffected by the implementation of denitrification on SFs.  The findings of the thesis can be used to further optimize conventional methods of nitrogen removal in WWTPs. For further studies the clogging of SFs when using methanol dosage on sand filters could be investigated as well as comparing the methods in a controlled environment.

Vid Hammarby Sjöstadsverk drivs en pilotanläggning som är en mindre skala av det framtida avloppsreningsverket i Henriksdal. Delar av reningsprocessen består av membranbioreaktorer. I pilotanläggningen finns en zon kallad RAS-DeOx dit returslammet från membrantankarna och rejektvattnet från slambehandlingen leds. Luftning av membrantankarna gör att returslammet är syrerikt och rejektvattnet innehåller mycket ammonium.Zonen fungerar som ett nitrifikationssteg då syret i returslammet kan oxidera ammoniumet från rejektvattnet. Dessutom kan zonen minska syrehalterna i returslammet för att undvika att det hamnar i pilotanläggningens fördenitrifikation. För att få bättre uppfattning om vad som sker i zonen och hur denna fungerar som ett nitrifikationssteg studerades nitrifikation, denitrifikation och syreförbrukningen i zonen. För att utvärdera RAS-DeOx-zonen belastades den med olika nivåer av ammonium från rejektvattnet vid olika hög luftning i membrantankarna. Detta utfördes både experimentellt direkt på pilotanläggningen och i en simuleringsstudie där processimuleringar genomfördes i en simuleringsmodell. I modellen utvärderades även två styrstrategier för zonen.Resultaten från studierna visade att både nitrifikation och denitrifikation förekom i zonen. Jämfört med simuleringsstudien varierade omfattningen av nitrifikation och denitrifikation mer i den experimentella studien. Båda studierna visade att det fanns risk att syre hamnande i pilotanläggningens fördenitrifikation. Styrstrategierna visade att det inte var fördelaktigt för pilotanläggningens resurseffektivitet att zonen luftades vid hög ammoniumbelastning från rejektvattnet. Det visade sig också att det var ingen större skillnad när det gällde pilotanläggningens prestation vid högt, lågt eller styrt returflöde för zonen. Däremot skiljde sig prestationen mer avseende luftning och koldosering.Utöver att det förekom nitrifikation och denitrifikation i zonen bedömdes den även fungera som ett nitrifikationssteg för ammoniumet i rejektvattnet. Dessutom minskade den syrehalterna i returslammet. Hur väl ammonium nitrifierades och syre förbrukades i zonen berodde på förhållandena i pilotanläggningen och förhållandet mellan mängden ammonium och syre i zonen. / At Hammarby Sjöstadsverk there is a pilot plant which is a smaller version of the future wastewater treatment plant at Henriksdal. Parts of the treatment process steps are membrane bioreactors. There is a zone in the pilot plant which is called RAS-DeOx to where the return activated sludge from the membrane tanks and the reject water from the sludge treatment are pumped. The return activated sludge contains oxygen since the membranetanks are aerated and the reject water has high contents of ammonium.The zone works as a nitrification step for the ammonium in the reject water, and also reduces the oxygen levels in the return sludge to avoid oxygen in the pilot plant's pre-denitrification step. To aquire a better understanding of what occurs in the zone and how it functions as a nitrification step; nitrification, denitrification and oxygen consumption was studied in the zone. To evaluate the RAS-DeOx-zone it was loaded with different loads of ammonium from the reject water at different levels of aeration in the membrane tanks. This was evaluated both experimentally at the pilot and in a simulation model of the pilot. In the simulation model two control strategies for the zone were also evaluated.It was shown that both nitrification and denitrification occurred in the zone. Furthermore, both studies showed that there is a risk that oxygen occurs in pilot's pre-denitrification step if the ammonium load in zone was low. Then, all of oxygen in the zone was not consumed. As for the control strategies, it was shown that the benefits were low for the resource efficiency of the pilot when the zone was aerated during high loads of ammonium. The performance of the pilot was similiar for high, low and regulated return flows for the zone, but the aeration and carbon dosage in the pilot differed.Besides that both nitrification and denitrification occurred in the zone, it was also functioning as a nitrification step for the ammonium from the reject water. The oxygen from the return sludge was reduced as well. The extent of nitrification and consumption of oxygen in the zone depended on the circumstances in the pilot and the relationship between the amount of oxygen and ammonium.

Miljöriskbedömningar av förorenade områden i Sverige har traditionellt sett främst bedömt saneringsbehovet genom att mäta totalhalter av föroreningarna. Halterna jämförs sedan med riktvärden för att avgöra om de utgör en risk för något av skyddsobjekten. Oftast blir markmiljön det skyddsobjekt som har lägst riktvärde och därmed avgör saneringsbehovet. Kritik har riktats mot att andra faktorer än föroreningshalter borde mätas för att bedöma markkvalitet då den kan vara hög oavsett föroreningssituation. Det är inte heller självklart att en sanering leder till en förbättring av markekosystemet. I Sverige har över 85 000 områden identifierats som potentiellt eller konstaterade förorenade områden. För att förbättra riskbedömningar behövs bättre vägledning om vad som ska ingå i riskbedömningar och för det behövs kunskap om vad som påverkar markfunktionerna.I det här examenarbetet har nitrifikationspotentialen, också kallat ammoniakoxidation, bestämts för 50 jordprover från fastigheten Skönsmon 2:12 i Sundsvalls kommun med hjälp av ISO metoden 15685. Tidigare industriverksamheter på fastigheten har lett till att marken är förorenad med bland annat tungmetaller och polycykliska aromatiska kolväten. Markens förmåga att utföra nitrifikation är en viktig markfunktion för att säkerställa en god markkvalitet. Men vilka markfaktorer som i störst utsträckning påverkar ammoniakoxidationen är inte helt klarlagt, liksom hur olika typer av miljöföroreningar påverkar nitrifikationen. Detta behöver klargöras för att kunna bedöma om ISO-metoden 15685 är ett lämpligt verktyg för markekologiska riskbedömningar av förorenade områden. Nitrifikationsanalysen på de 50 jordproverna har därför jämförts med data över föroreningshalter, markparametrar samt mängden ammoniakoxiderande bakterier och arkéer. Resultatet visar att nitrifikationen på den här lokalen främst påverkas av markparametrarna: totalkväve, organiskt material samt ”tillgänglig” fosfor och i mindre utsträckning av föroreningsnivåerna. Detta betyder att det vid undersökningar av hur föroreningar påverkar nitrifikationen måste finnas referensprover med liknande markkvalitet att jämföra med. Den potentiella nitrifikationen visar också stark korrelation till populationen ammoniakoxiderande bakterier vilket indikerar att de står för det största bidraget till ammoniakoxidationen i marken. / Environmental risk assessment of contaminated sites in Sweden has traditionally mainly assessed the need of remediation by measuring the total concentrations of pollutants. The pollution levels are then compared with guideline values to determine if they represent a risk to any of the protected targets. Most often, the soil environment is the protection target with the lowest guideline value and thus determines the need for remediation.There has been some criticism about using total concentration of pollutants as the only method of assessing soil quality, since soil quality may be high regardless of the situation of the polluted area. In addition, it is not clear if the remediation will always lead to an improvement of the soil quality. In Sweden, more than 85,000 sites have been identified as potential or confirmed contaminated areas. In order to improve risk assessments, better guidance is needed regarding what information should be included. This requires knowledge of which factors are affecting the soil functions.In this thesis, potential nitrification has been determined for 50 soil samples from the property Skönsmon 2:12 in the municipality of Sundsvall using ISO standard 15685. Previous industrial activities on the property have resulted in the soil being contaminated with, for instance, heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons. The ability of the soil to perform nitrification is an important soil function to ensure good soil quality. However, it is not entirely clear which soil factors affect nitrification to the greatest extent, nor how different types of environmental pollution affect nitrification. This needs to be clarified in order to assess whether ISO 15685 is an appropriate tool for soil ecological risk assessments of contaminated sites. The nitrification data of the 50 soil samples have therefore been compared with data of pollutants, soil parameters, and the amount of ammonia oxidizing bacteria and archaea. This study showed that ammonia oxidation at this site is mainly affected by the soil parameters total nitrogen, organic matter, and “available” phosphorus content, but to a lesser extent of the pollutant levels. This means that when examining how pollutants affect nitrification, reference samples with similar soil quality must be included for comparison. The potential nitrification showed a strong correlation with the population of ammonia oxidizing bacteria, which indicates that they account for the biggest contribution to ammonia oxidation in the soil.

Avloppsreningsverket i Forsmark renar vattnet med aktivt slam i en satsvis biologisk rening (SBR) reaktor samt med våtmarker. Våtmarkerna består av fyra pulskärr och en damm. Pulskärren är utformade som bassänger fyllda med grus som filtermaterial där ytan är bevuxen. Pulskärren beskickas satsvis med 60 m^3 vatten när någon av SBR-reaktorerna töms, vattnet rinner då ut över ytan samtidigt som det perkolerar ner i bädden. När SBR-reaktorn har tömts är hela pulskärret mättat. Tömningen av pulskärret sker genom ett dränerande gruslager i botten och sedan flödar vattnet vidare ut genom ett ställbart dräneringsrör till slutdammen. Pulskärrens uppgift är att stoppa partiklar och att fungera som ett nitrifierande steg ifall verket i framtiden skulle få ökade reningskrav. I detta arbete har pulskärrens funktion som nitrifierare av ammonium undersökts. Detta genom att sammanställa befintliga driftdata från reningsverket, fältstudier samt en litteraturgenomgång. Målet med fältstudien var att mäta halten ammonium, nitrat och totalkväve i vattnet som gick in och ut ur pulskärret för att se hur halterna ändrades. Dessutom mättes temperatur, syrehalt, pH och konduktivitet. Provtagningen genomfördes på två pulskärr med tömningstiderna två respektive fyra timmar. Resultaten visade att ammoniumhalterna halveras i pulskärren. Inkommande ammonium till pulskärren var cirka 3 mg/l under studien men om ammoniumkoncentrationen skulle öka kommer nitrifikationen antagligen ske i liknande utsträckning. Detta då liknande system påvisat sådana resultat. Ökad tömningstid för pulskärren medför ökad nitrifikation, pulskärren bör därför ställas om så att tömning sker under cirka fyra timmar. För att hitta en optimal tömningstid bör vidare undersökningar göras. Forsmarks avloppsreningsverk möter de reningskrav som ställts med marginal. Trots att detta inte var syftet, avskiljs 80 % av inkommande kväve och det kunde konstateras att den största kväveavskiljningen sker i SBR-reaktorn. Kvävereduktionen har uppstått då verket haft låg belastning samtidigt som mycket syre tillsatts till processen. Då rening genom pulskärr sker efter att vattnet passerat genom SBR-reaktorerna borde luftningen kunna minskas för att istället utnyttja pulskärrens nitrifierande egenskaper. Svensk kärnbränslehantering AB har planer på att leda lakvatten till reningsverket för att avskilja kväverester, skulle detta ske kommer flödena över pulskärren att öka. Att den hydrauliska belastningen ökar borde inte utgöra några problem då flödena troligen inte kommer överstiga pulskärrens kapacitetsgränser. I extrema fall kan tömningstiden på pulskärren minskas. / Forsmark wastewater treatment plant treats wastewater using an active sludge process in sequencing batch reactors (SBR:s) and followed by constructed wetlands. The wetlands consist of four intermittent loaded soil filters (ILS:s) and a pond. The ILS:s is designed as pools filled with filter material and with a plant-grown surface. One of the ILS:s fills up with water when one of the SBR reactors is emptied. The water flows out over the surface as it percolates into the bed. When the SBR reactor is emptied, the entire ILS becomes saturated. The ILS then drains through a drainage gravel layer at the bottom and further through an adjustable drainage pipe into the dam. The purpose of the ILS:s is to work as extra filter for removal of the remaining particles and escaping sludge. They have also been thought to act as a nitrifying step if the plant would have tougher cleaning requirements in the future. In this report, the function of the ILS:s as nitrifying steps was investigated by compiling existing operating data from the treatment plant, with conducted field studies and through a literature review. The field study aimed at measuring ammonium, nitrate and total nitrogen in the water at the entering and the outlet in the ILS to see how the different nitrogen concentrations was affected. Temperature, oxygen, pH and electricalconductivity were also measured. The sampling was done on two ILS with different drainage time, two and four hours. The results showed that the ILS:s nitrifies the incoming water with an average efficiency of 50 % depending on the ammonium contentration in the incoming water. An increased drainage time for the ILS seamed to result in better nitrification. Therefore, the ILS:s should be changed to drain for at least four hours. Should the ammonium concentration increase above 3 mg/l the nitrification rate would probably be about the same. Similar systems such as have shown similar nitrification removal but with higher ammonia concentrations. Forsmarks wastewater treatment plant meets the purification requirements imposed on the plant with margin. It is remarkable that, without planning for any nitrogen removal, the removal is about 80 % of incoming nitrogen, most of which is removed in the SBR reactor. Svensk Kärnbränslehantering AB plans to lead leachate to the treatment plant for nitrogen removal. If this plan is fulfilled, the flows through the ILS will increase. This should not be a problem as the total flow trought the ILS will not exceed the capacity limits of the ILS. In case of high flows, the emptying time of the ILS:s can be reduced.

I Sverige finns det ungefär 25 000 riskklassade förorenade områden samt ännu fler områden som potentiellt är förorenade. Naturvårdsverket har tagit fram generella riktvärden för olika förorenade ämnen. Halter över riktvärdena antyder att risken för negativa effekter på människan eller miljön bedöms vara stor och att efterbehandling av området är aktuellt. Ett vanligt, men kostsamt efterbehandlingsalternativ är urschaktning och bortforsling av jord innehållandes halter av ämnen över riktvärdena. Ett intresse finns för att utveckla lätt tillämpbara metoder för platsspecifik riskbedömning av mark i syfte att skydda markmiljön och dess funktioner. Mikroorganismer som ingår i kvävets kretslopp utför nyckelfunktioner i jorden. Flera studier indikerar att dessa mikroorganismers abundans och aktivitet påverkas av flera olika markföroreningar. Inom forskningsprojektet APPLICERA har ett lysimeterexperiment genomförts där två jordar, med olika egenskaper med avseende på bland annat kornstorleksfördelning och pH (svagt basisk sandy loam respektive sur sand), förorenats med koppar respektive PAH:er i varierande halter. Halterna motsvarar riktvärden för känslig markanvändning (KM), mindre känslig markanvändning (MKM) och 3xMKM. Provtagning av jorden har skett vid tre tillfällen under en period av 16 månader. I detta examensarbete har nitrifierande mikroorganismers potential för att användas som indikatorer för förändrad markfunktion i förorenad jord undersökts. Detta har gjorts genom att kvantifiera ammoniakoxiderande arkéer (AOA), ammoniakoxiderande bakterier (AOB) samt de nitritoxiderande bakteriesläktena Nitrospira och Nitrobacter i jord som provtagits vid de olika tidpunkterna i lysimeterexperimentet. Mätning av potentiell ammoniakoxidation (PAO) har skett för jord från det sista provtagningstillfället. Resultaten visade att abundansen av mikroorganismerna generellt var större i den svagt basiska jorden klassificerad som sandy loam än i den sura jorden klassificerad som sand. Med tiden minskade AOA:s abundans för den högsta koncentrationen av koppar och PAH, särskilt utpräglad var minskningen i den sura jorden. Även Nitrospira minskade i abundans i PAH-förorenad jord för båda jordtyperna, dock kunde en minskning i abundans i kopparförorenad jord statistisk endast säkerställas för den sura jorden. AOB:s och Nitrobacters abundans visade inte på någon tydlig uppåt- eller nedåtgående trend varken över tid eller för ökande föroreningshalt. Skillnaden i kvantitet av mikroorganismer mellan jordtyperna antyder att jordens kemiska och fysiska egenskaper påverkade mikroorganismernas abundans såväl som föroreningarnas biotillgänglighet. PAO minskade med ökande kopparhalt för båda jordtyper, däremot sågs en minskning i PAO med ökande PAH-halt endast i den sura jorden. Resultaten antyder att abundansen av AOA och Nitrospiras verkar ha störst potential att utgöra generella indikatorer över ändrad markfunktion, dock lämpligen med komplettering av förbättrade mätningar av PAO för att få mer information om kvävets kretslopp i förorenad jord. / In Sweden there are around 25,000 contaminated areas classified as a risk for human health or the environment, and even more potentially contaminated areas. The Swedish Environmental Protection Agency has developed generic guideline values for hazardous substances.  Contamination levels exceeding the guideline values indicate a large risk for human health or the environment and that there is a need to remediate the site. A frequently used and expensive aftertreatment is excavation and removal of contaminated soil. Therefore, there is an interest to develop easy applicable methods for site-specific risk assessment with the purpose to protect the soil environment and its functions. Microorganisms involved in the nitrogen cycle perform key functions in soil. Several studies indicate that the abundance and activity of N-cycling microorganisms are sensitive to various soil pollution. Within the research project APPLICERA, a lysimeter experiment was conducted with two different soil types (acidic sandy soil and slightly alkaline sandy loam) and different contamination levels of copper and PAH. The contamination levels corresponded to generic guideline values for sensitive land-use (KM), less sensitive land-use (MKM) and 3xMKM. Soil samples were taken at three times during a period of 16 months. The aim of this master thesis was to investigate nitrifying microorganism potential as indicators for altered soil functioning in contaminated soil. Ammonia-oxidizing archaea (AOA), ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and the nitrite-oxidizing bacteria genera Nitrospira and Nitrobacter has been quantified in soil samples with the different treatments. Measurements of the potential ammonia oxidation (PAO) have been performed in soil from the last sample taking.  The abundance of the nitrifying microorganisms was in general higher in the slightly alkaline sandy loam soil. Over time there was a decrease in AOA abundance for the highest concentration of copper and PAH, most pronounced in the acidic sandy soil. Also, a decrease in the abundance of Nitrospira in soil contaminated with PAHs could be seen for both soil types. In copper contaminated soil a distinct decrease in the abundance of Nitrospira could only be seen in the acidic sandy soil. The abundance of AOB and Nitrobacter did not show any obvious pattern for different contamination levels or over time. The difference in abundance of nitrifying microorganisms between the soil types suggests that the soil’s chemical and physical characteristics as well as the bioavailability of the contaminant affected their abundance. A significant decrease in PAO could be seen for the highest contamination level of copper for both soil types, but for the PAH contaminated soil PAO decreased only in the acidic sandy soil. These results suggest that the abundance of AOA and Nitrospira seems to have greatest potential as general indicators for altered soil functioning. However, improved activity measurements are needed to gain greater insight into the soil N-cycle functioning in contaminated soils.