Kläder och textilier produceras och konsumeras i allt högre grad med stor påverkan på miljö, klimat och jordens resurser som följd. En attraktiv lösning på det är återvinning av kläder, vilket företaget re:newcell gör. Detta är en förstudie med syfte att undersöka vilka reningsmetoder re:newcell skulle kunna implementera för att förbättra sin vattenreningsprocess i framtiden. Tre ämnen vars halter i nuläget inte reduceras i reningen valdes ut till studien: nonylfenol, bromerade flamskyddsmedel och sulfat. En litteraturstudie kring dessa ämnen och möjliga reningsmetoder resulterade i att tre lämpliga reningsmetoder valdes ut till studien: ozonering, biologisk rening och jonbyte. En försöksplan utformades med målen att ta reda på (1) hur tidigare rapporterade ozondoser påverkade nonylfenolhalten i re:newcells vatten, (2) hur stor andel TOC (Total Organic Carbon) en MBBR (moving body bioreactor) kunde reducera och (3) ifall PBDE (bromerade flamskyddsmedel) och sulfat var möjliga att bryta ner med i en MBBR, (4) hur stort jonbytarfilter som skulle krävas i re:newcells process för att reducera sulfathalten samt (5) i vilken ordning reningsstegen bör implementeras i framtida reningsprocesser. Ozoneringsförsök utfördes på re:newcells laboratorium i Kristinehamn med totalt fem olika ozondoser. En biologisk MBBR utformades i laboratorium på Karlstad Universitet, där två olika uppehållstider testades för reducering av flamskyddsmedel, sulfat och TOC. Beräkningar på jonbytarfilter utfördes teoretiskt. En ozondos på 0,45 mgO3/mgCOD gav en reducering på ca 31 % och 0,75 mgO3/mgCOD gav 78 % reducering vid en nonylfenolhalt på 1100 mg/L. Resultaten från MBBR visar att bakterier trivs i re:newcells vatten och att de kunde reducera TOC med ca 50 %. Däremot kunde ingen reducering av sulfat uppmätas, vilket tyder på att ingen anaerob zon har uppstått. Halten av PBDE reducerades med ca 90 % med en uppehållstid på 45 h i MBBR, men om det beror på nedbrytning eller adsorption till slammet är inte fastställt. Resultaten från beräkningen på jonbytarfiltret visade att filtret behöver vara 5,7-15 m3 vid regenerering en gång per dygn i re:newcells nuvarande pilotskaliga process. Denna metod anses därmed inte vara en lämplig för sulfatreducering. Den framtida reningsprocessen föreslås starta med MBBR och efterföljande sedimentering, följt av kemfällning, sedimentering/flotation, sandfilter, ozonering och sist aktivkolfilter, men vidare studier rekommenderas rörande vilken ordning reningsstegen bör implementeras för optimal effekt. Vidare studier kring vilken ozondos som krävs och vilken uppehållstid som är optimal i MBBR föreslås också. / Clothes and textiles are increasingly produced and consumed causing a major impact on the environment, the climate and the earth's resources. One solution to the problem is to recycle clothes that are no longer used, which is what the company re:newcell does. This is a feasibility study aimed at investigating what purification methods re:newcell could implement to improve their water purification process in the future. Three substances not currently purified sufficiently were selected for the study: nonylphenol, brominated flame retardants and sulfate. A literature review on these substances and possible purification methods for them resulted in that the following methods were selected for the study: ozonation, biological purification and ion exchange. An experimental plan was developed with the aim of finding out (1) how previously reported ozone doses affected the nonylphenol content in re:newcell's water, (2) how much TOC an MBBR (moving body bioreactor) could reduce, (3) and whether the levels of brominated flame retardants and sulphate were possible to reduce in it,  (4) the required size of the ion exchange filter in re:newcells process to reduce sulfateand (5) the order in which the purification steps should be implemented in future purification processes. Ozonation experiments were carried out at re:newcell's laboratory in Kristinehamn with a total of five different ozone doses tested. A biological MBBR was designed in a laboratory at Karlstad University, where two different hydraulic retention times were tested for reducing flame retardants, sulfate and TOC. Calculations on ion exchange filters were performed theoretically. An ozone dose of 0.45 mgO3/mgCOD produced a reduction of about 31% and 0.75 mgO3/mgCOD produced a 78% reduction at a nonylphenol content of 1100 µg / L The results from MBBR showed that bacteria thrived in re:newcell´s water and that they can reduce TOC by about 50 %. However, reduction of sulfate could be measured, suggesting that no anaerobic zone has occured. The content of PBDE was reduced by about 90% with a hydraulic retention time of 45 hours in MBBR, but whether it is due to degradation or adsorbation to the sludge is not determined. The calculation regarding the ion exchange filter show that the filter needs to be 5,7-15 m3 when regenerated once a day in re:newcell's current pilot scale process this method is therefore not considered appropriate  for sulfate reduction for re:newcell. The future purification process is proposed to start with MBBR and subsequent sedimentation, followed by chemical precipitation, sedimentation / flotation, sand filter, ozonation and last activated carbon filter, but further studies are recommended regarding which order the purification steps should be implemented for optimal effect. Further studies on which ozone dose is required and which residence time is optimal in MBBR are also suggested.

Avloppsreningsanläggningar är idag utformade för att rena bort föroreningar i form av organiskt material, suspenderade fasta ämnen och växtnäringsämnen (exempelvis fosfater och nitrater). Myndighet i Sverige har satt upp restriktioner och lagar gällande hur mycket av de olika föroreningarna som det är okej att utgående vatten innehåller. En typ av föroreningar som dock inte blivit undersökt och som inte har lika tydliga restriktioner och utsläppslagar är utsläpp av läkemedelsrester och aktiva läkemedelssubstanser. Den största andelen av läkemedelsrester som återfinns i avloppsvatten är på grund av mänsklig konsumtion. Människan har under evolutionen alltid strävat efter att hitta nya metoder för att leva längre, må bra och undvika smärta. Under de senaste årtiondena har konsumtionen av läkemedel ökat, detta på grund av behandling av åldersrelaterade och kroniska sjukdomar, i kombination med en ändrad och mer generös receptutskrivning från sjukhusen.  Läkemedlen som vi konsumerar kommer inte att brytas ner helt av våra kroppar, och restprodukterna kommer utsöndras vida urinen. Urinen kommer sedan, vi avloppen, komma till ett av de lokala avloppsreningsverken, som idag inte har förmåga att rena bort de aktiva läkemedelssubstanserna från vattnet. Det kommer sedan att påverka omgivande vattendrag, djurliv och på lång sikt även ekosystemen.  Tidigare studier har genomförts med syfte att hitta miljövänliga och hållbara metoder för att rena vattnet från mikroföroreningar och läkemedelsrester. En av teknikerna som undersökts är oxidation och adsorption processer. Ett sätt att genomföra oxidation är genom ozonering, som genom sin höga oxidationspotential och miljövänliga slutprodukter i form av bland annat syre gör den till ett miljövänligt alternativ. Vad gäller adsorption processer så är aktivt kol en av de vanligaste teknikerna som används idag och det har visat på goda resultat. Ett vanligt förekommande problem med aktiva kolfilter är att det måste bytas ut när det blivit mättade vilket både kostar pengar, arbetskostnader och en avstannad vattenprocess.  Denna avhandling behandlar utvärdering och process optimering av vattenrening vid behandling av ozon med avseende att rena vatten från aktiva läkemedelssubstanser. För att göra detta har två pilotanläggningar för vattenrening, placerade på två olika platser i Sverige (plats 1 och plats 2) undersökts och optimerats. Båda systemen är utrustade med ett sandfiltersteg, ozonerigssteg anst ett avslutade poleringssteg i form av aktivkolbädd. De två olika systemen är kopplade så inkommande vatten är utgående vatten från likat avloppsreningsverk. Undersökta variabler är injicerad ozonhalt (uteffekt baserat på ozongeneratorns kapacitet) och i ett av fallen, vattenflödet genom systemet. Syftet med arbetet var att hitta optimala driftförhållande med avseende på reducerad mängd läkemedelssubstanser i vatten och energiförbrukning.  Resultaten visade att den parameter som influerade resultatet mest var mängden ozon som injicerades till systemet. Systemet som var installerat på plats 2 var det mest effektiva baserat på både energiförbrukning per m3 vatten och med avseende på reningsgraden på vattnet. Systemet rena vattnet från läkemedelssubstanser upp till mellan 95–100%, vid ett vattenflöde på 16 m3/h och en uteffekt av ozongeneratorn på 75%.  Systemet på plats 1 hade en halverad ozonkapacitet jämfört med systemet på plats 2 och visade inte på fullt lika effektiv rening. Vattnet som bäst renat till 80%, vid ett vattenflöde på 2,5 m3/h och en uteffekt av ozongeneratorn på 100% (motsvarar 50% på plats 2). / Wastewater treatment plants today are designed to reduce pollutants in the form of organic material, suspended solids, plant nutrients (phosphates and nitrates) and microbes from the water. Governments have set up restrictions and laws around in what amount release of different pollutants is acceptable or not. But one type of pollutant that have not been investigated to the same degree is the micropollutants such as pharmaceuticals or active pharmaceutical ingredients (APIs). The biggest amount of APIs release to water is due to human consumption of medicine. Humans have during the evolution strived to find new ways to live longer, stay healthier and avoid pain. Over the last decade there has been an increased consumption of medicine, due to the need to treated ageing related and chronic diseases, together with a change in the clinical practice leading to a more generous prescription approach.  The APIs that we consume will not be totally decomposed in our body, which means that we sooner or later will exude it in form of example urine. The urine will end up in the local WWTP, which today, does not have the ability to reduce APIs in large amount. Due to this, release of APIs to surrounding watercourse will come to affect the animals and eco-system.  Many studies have been done with a goal to find an environmentally friendly way to reduce micropollutants from the wastewater. One of the techniques that has been investigated is oxidation (e.g., ozonation) and adsorption (e.g., activated carbon) processes. Ozonation is an ideal technique due to the high oxidation potential of ozone, environmentally friendly end-products (e.g. oxygen) and low sludge production. Several reports elucidated that application of ozonation for wastewater can have a reducing effect of APIs, and a more studied technique for removal of micropollutants and APIs is activated carbon (AC). But AC has some common struggle, one example is that it works as a filter and that it due to adsorption can be saturated.  The project contained evaluation and process optimization of water purification by oxidation with ozone with aim to purifying water from APIs. To do this, two pilot plants for water purification, located in two different locations in Sweden (location 1 and location 2) will be evaluated and optimized. Both systems are equipped with a sand filter, ozonation step and a polishing step of activated carbon. The two different systems are connected so that incoming water to the system, is outgoing water from a local wastewater treatment plant. The variables evaluated are injected ozone concentration (output power based on the capacity of the ozone generator) and in one of the cases, the water flow through the system. The purpose of the work was to find optimal operating conditions regarding reduced amount of drug substances in water and energy consumption.  The system installed at location 2 is the most effective system from a perspective of both micropollutants reduced and energy used per m3. The API reduction is between 95-100% for the outgoing water and the ozonation step stands for 95-100% of that reduction, which increases the lifetime of the GAC filter. For optimal process settings a water flow of 16 m3/h and an out effect of 75% from the ozone generator was determined.  At location 1 the APIs reduction achieved was 80% after ozonation and 100% after the GAC filtration, and the process settings were 100% out effect (correspond to 50% at location 2) on the ozone generator and a water flow of 2.5 m3/h.

Today, pharmaceutical residues are widely found in nature as a cause of the extensive use of human and veterinary medicine. The pharmaceutical residues have shown to have a damaging impact on flora and fauna. Wastewater Treatment Plants (WWTPs), today, are not designed for pharmaceutical removal, which calls for new methods and the implementation of these to avoid increased concentrations of pharmaceutical residues in nature. This thesis addresses three main areas. Firstly, a pre-study regarding the prevalence of pharmaceutical residues at different parts of a WWTP and in the nearby river, secondly, an evaluation of removal of pharmaceutical residues using ozone and, thirdly, the construction of a pilot plant scale Activated Carbon (AC) unit and an evaluation of its capacity for pharmaceutical and ozone removal. This work was done in order to verify the quality of a future full-scale unit including the advanced techniques ozone and AC that will be implemented at a WWTP for pharmaceutical removal. The pre-study shows that the total concentration of the Active Pharmaceutical Ingredients (APIs) was largest at the inlet (93.8 mg/L) and decreased throughout the process steps to be the lowest at the outlet (5.6 mg/L). Paracetamol was found in the highest concentration (86.5 mg/L) at the inlet but could not be detected in the outlet. In the recipient none of the APIs could be found. However, caffeine was detected in the recipient. The pilot plant studies were performed in a batch process, one at high ozone generation and one at low ozone generation. The pilot test at high ozone generation showed that all of the measured APIs were below their Limit of Quantification (LOQ) after 2 minutes. The pilot test at low ozone generation showed a total API-removal of 44% after 7 minutes, 78% after 13 minutes, 97% after 20 minutes and more than 99% after 60 minutes. All of the APIs were below their LOQ after 180 min. The AC-filter construction mirrored the conditions within a full-scale unit as closely as possible and was scaled by the superficial velocity. The AC-filter showed an ozone removal of approximately 99% and removed all pharmaceutical residues apart from Ranitidine which was decreased by 76%. / Idag återfinns läkemedelsrester i stor utsträckning i naturen, vilket är ett resultat av den omfattande användningen av human- och veterinärmediciner. Läkemedelsresterna har visat sig ha en skadlig effekt på flora och fauna. Dagens avloppsreningsverk är inte byggda för att rena vattnet från läkemedelsrester, vilket kräver att nya metoder utvecklas och implementeras för att förebygga spridning av läkemedel. Denna avhandling redogör för tre huvudområden, inledningsvis en förstudie om förekomsten av läkemedelsrester i olika delar av ett vattenreningsverk samt i en närliggande å. Därefter en studie av ozons förmåga att eliminera läkemedelsrester och slutligen konstruktion av ett aktivt kolfilter och en utvärdering av dess förmåga att ta bort läkemedel. Detta gjordes med syftet att verifiera kvalitén hos en fullskalig anläggning som kommer att installeras på ett vattenreningsverket där ozon och aktivt kol kommer användas för borttagning av läkemedelsrester. Förstudien visar att totalkoncentrationen av de aktiva läkemedelssubstanserna (API:er) var som störst vid inloppet av reningsverket (93.8 μg/L) och koncentrationen minskade genom de olika processtegen och var som lägst i utloppet (5.6 μg/L). Paracetamol återfanns i den högsta koncentrationen i inloppet (86.5 μg/L), men kunde inte detekteras i utloppet. Ingen av API:erna återfanns i recipienten, men däremot detekterades koffein. Pilotanläggningsstudierna genomfördes i en batch och genomfördes med högozongenerering och med låg ozongenerering. Studien med hög ozongenerering visade att alla läkemedelsrester var under analysmetodens detektionsgräns efter 2 minuter. Pilotstudien med låg ozonegenerering visade att den totala läkemedelsborttagningen var 44 % efter 7 minuter, 78 % efter 13 minuter, 97 % efter 20 minuter och mer än 99 % efter 60 minuter. Alla läkemedelsrester var under analysmetodens detektionsgräns efter 180 min. Kolfiltret konstruerades för att efterlikna det fullskaliga filtret så mycket som möjligt och skalades således efter den hypotetiska tomma bäddhastigheten. Kolfiltret tog bort cirka 99 % av ozonet och alla läkemedelsrester utom Ranitidin som reducerades med 76 %.

Norrvatten produces and delivers drinking water to approximately 700 000 people in the northern part of the Stockholm region in Sweden. In their water treatment plant Görvälnverket, water from Lake Mälaren is purified. During the purification, sludge is produced. To be able to use the sludge as landfilling material, it must be dewatered. Polyacrylamide is used as a flocculant for this purpose. However, in the reject water leaving the sludge and discharged into Lake Mälaren, acrylamide monomers are often left as a rest product from the manufacturing of polyacrylamide. The problem is that acrylamide is toxic to living organisms.  The aim of this master thesis was to evaluate proposed water treatment techniques to reduce acrylamide in the reject water leaving Görvälnverket and reach Norrvatten´s goal of an acrylamide concentration below 0.10 µg/l. The water treatment techniques evaluated were ozonation, moving bed biofilm reactor and trickling filter. Along with that, oxidative stress and genotoxicity from the ozone were analysed. Also, the ability of Lake Mälaren to degrade acrylamide was evaluated. The ozone tests were performed in a pilot plant in a laboratory at IVL Swedish Environmental Research Institute (IVL Svenska Miljöinstitutet), the moving bed biofilm reactor- and the trickling filter test were performed in pilot plants at Görvälnverket and the degradation tests in water from Lake Mälaren were performed at Görvälnverket as well.  The results showed that ozonation of the reject water could reduce acrylamide in the reject water and fulfil Norrvatten´s goal of below 0.10 µg/l acrylamide. When an ozone dose of 0.70 mg/l was applied to the reject water with an acrylamide concentration of 2.5 µg/l, more than 98 % of the acrylamide was reduced. Furthermore, no oxidative stress or genotoxicity seemed to be generated from the ozonation. The moving bed biofilm reactor and the trickling filter did reduce the acrylamide by 80.77 % and 94.7 % respectively and the results suggested that they could be used to reach Norrvatten´s goal. Finally, the results indicated that water from Lake Mälaren could degrade acrylamide at a temperature of 15 °C in 4 days and in 8 °C in 13 days and reach the goal. / Norrvatten producerar och levererar dricksvatten till cirka 700 000 människor i norra delen av Region Stockholm i Sverige. I deras vattenverk Görvälnverket renas vatten från Mälaren. När sjövattnet renas produceras slam. För att slammet ska kunna användas som landfyllnadsmaterial måste det avvattnas. Polyakrylamid används som flockningsmedel i det syftet. I rejektvattnet som lämnar slammet och släpps ut i Mälaren finns ofta akrylamid monomerer kvar som en restprodukt från framställning av polyakrylamid. Problemet med detta är att akrylamid är toxiskt för levande organismer.  Syftet med detta masterexamensarbete var att evaluera föreslagna vattenreningstekniker för att reducera akrylamid i rejektvattnet som lämnar Görvälnverket och inte överstiga en akrylamidkoncentration på 0,10 µg/l som är Norrvattens mål. Vattenreningsteknikerna som evaluerades var ozonering, biofilmreaktor med rörlig bädd och biobädd. Utöver det var oxidativ stress samt genotoxicitet från ozoneringen analyserad. Dessutom var nedbrytningsförmågan av akrylamid i Mälaren testad. Ozonerings försöken utfördes i en pilotanläggning i ett laboratorium hos IVL Svenska Miljöinstitutet, testerna med biofilmreaktor med rörlig bädd och biofilter utfördes i pilotanläggningar på Görvälnverket och nedbrytningstesterna i Mälarvatten utfördes också på Görvälnverket.  Resultaten visade på att ozonering av rejektvattnet kan reducera akrylamid och uppfylla Norrvattens mål om en akrylamidkoncentration på mindre än 0,10  µg/l. När en ozondos på 0,70 mg/l applicerades i rejektvattnet med en akrylamidkoncentration på 2,5 µg/l reducerades mer än 98 % av akrylamiden. Vidare tycktes inte ozoneringen bidra till oxidativ stress eller genotoxicitet. Biofilmreaktorn med rörlig bädd och biofiltret reducerade akrylamid med 80,77 % respektive 94,7 %.  Resultaten visade att dessa tekniker skulle kunna användas för att nå Norrvattens mål. Utöver detta visade studien att vatten från Mälaren kan bryta ner akrylamid i 15 °C på 4 dagar och i 8 °C på 13 dagar och nå målet.

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.

Clean drinking water is a vital part of our society and a basic human right. With an ever growing population and a decreasing quality of raw water, new methods need to be introduced to keep up with the demand for clean, biostable, and sustainable production of drinking water. The aim of this study is to evaluate Håbo municipality’s increasing usage of chemicals in their water treatment process and to investigate current and future possible technologies for water treatment for Håbo to make their process more sustainable. In this study four scenarios of different cost and change of today’s water treatment plants are presented, while our overall recommendation is to build a new facility. A new plant with new treatment methods such as ultrafiltration is most in line with Håbo municipality’s vision of decreasing chemical usage and sustainability, all while maintaining the water quality. Due to Håbo’s growing population and today’s water plants running close to maximum capacity, a new facility with a larger capacity should be considered.