Framtidens slamhantering vid Roslagsvatten : Behandling av kommunalt orötat slam med HTC-teknik (OxyPower HTC™) och rening av HTC-vatten med SBR och MBBR

• Hydrotermisk karbonisering (HTC) av avloppsslam har potential att bli en av teknikerna för framtidens slamhantering vid svenska kommunala avloppsreningsverk (ARV).HTC-tekniken bygger på en process där slammet eller andra substrat behandlas under högt tryck (>20 bar) och under hög temperatur (180-260 °C). HTC-processen genererar hydrokol som kan avvattnas mekaniskt till höga torrhalter (>60 % TS).Några förväntade fördelar med HTC-tekniken är en mer hållbar återföring av närsalter via det producerade hydrokolet, samt andra positiva effekter som t.ex. mindre växthusgasutsläpp och närsaltläckage till miljön. Samtidigt finns vissa utmaningar, som t.ex. hantering av processvatten, som behöver hanteras och oklarheter kring det hydrokolets egenskaper som behöver utredas.För att besvara dessa frågeställningar och samla in praktiska erfarenheter från HTC som slamhanteringsalternativ har pilotförsök med både HTC-behandling och våtoxidation av HTC-vatten genomförts. Orötat slam behandlades för att produce¬ra hydrokol och det producerade HTC-vattnet undersöktes vid pilotanläggning Hammarby Sjöstadsverk i bänk- och pilotskaletester för biologisk rening i sido- eller huvudström. Med avsikt att studera potential för jordförbättring och näringsegenskaper för hydrokol och slam från Roslagsvattens avloppsreningsverk i Margretelund karakteriserades och testades i odlingsförsök med jord och torv. Även bildningen av koldioxid i jord utvärderades.  I dessa studier jämfördes resultaten även med hydrokol från fyra andra substrat (rötrest från matrester, stallgöd¬sel, bioslam från rening av processvatten från massa/pappersbruk samt rötat blandslam från ARV).  Projektet har visat att C-Greens OxyPower HTC™ är ett tekniskt möjligt alternativ för att behandla Margretelunds orötade avloppsslam. Olika tester har illustrerat att tekniken kan minska slamvolymen genom en ökning av TS till ca 65 % inte bara för reningsverkets slam utan även för ett antal andra undersökta organiska substrat. Även om HTC-pilotanläggningen inte kunde köras kontinuerligt som en fullskaleanläggning så kunde ändå en processtabilitet visas.Trots att processen i princip är exoterm och en nettoproduktion av värmeenergi över hela processen kan observeras, så behöver processen högvärdig elenergi för drift. Ett effektivt utnyttjande av överskottsvärmen som produceras blir således en viktig aspekt för att åstadkomma högre resurseffektivitet. C-Greens OxyPower HTC™ är en kompakt process med relativ lite ytbehov och kostnader för processen bedöms domineras av driftkostnader i form av energi och driftpersonal. Tester med biologisk rening av HTC-vattnet som bildas vid HTC-behandling visade att en blandning med endast rejektvatten från slamavvattningen inte är tillräckligt för att åstadkomma en effektiv rening i delströmmen som krävs för att undvika en ökad internbelastning på huvudströmmen. Även om en effektiv reduktion av organiska föroreningar kunde åstadkommas så indikerade både kortidstester i bänkskala och långtidstester i pilotskala en tydlig hämning av nitrifikationen vilket kan tyda på rester av processpåverkande mikroföroreningar.Även om ingen komplett hämning observerades så visade långtidstester ändå tydligt att en anpassning av mikrobiotan över tid inte kunde observeras. Samtidigt visade kompletterande långtidspilottester med biologisk rening av både HTC-vatten och rejektvatten i huvudströmmen att en effektiv reduktion av både organiska föroreningar uppmätt som COD och ammonium kunde uppnås.Inga hämmande effekter indikerades vilket beror på den mycket kraftiga utspädningen av hämmande störsubstanser i HTC-vattnet. En återföring till huvudreningen innebär dock en kraftig ökat internbelastning främst med organiska föroreningar och ammonium som kräver extra processvolymer om inte utgående haltnivåer ska överskridas.       HTC-tekniken utgör således ett intressant alternativ för slamhantering vid svenska kommunala avloppsreningsverk som dock kräver hänsynstagande till anläggningens förutsättningar för att kunna hantera en ökad internbelastning, dagens slamkvalitet för att få en god kvalitet på hydrokolet, och en bra integrering i befintliga processer för att nå ett optimalt resursutnyttjande. 

• Hydrothermal carbonization (HTC) of municipal sewage sludge has the potential to become one of the techniques for future sludge management at Swedish municipal wastewater treatment plants (WWTPs).Some expected benefits of the HTC technology are a more sustainable sludge management and return of nutrients via the produced hydrochar, as well as other positive effects such as less greenhouse gas emissions and nutrient leakage into the environment.At the same time, certain challenges such as the handling of process water and uncertainties about the properties of the produced hydrochar need to be investigated. In order to answer these questions and gather practical experience for HTC as a sludge management alternative, pilot trials with C-Green's OxyPower HTC™ have been carried out at Roslagsvattens WWTP in Margretelund, Åkersberga, Sweden.Undigested sludge was treated to produce hydrochar and the produced HTC water was used at KTH/IVL's pilot plant Hammarby Sjöstadsverk in various side- or mainstream bench- and pilot-scale tests for biological treatment.Hydrochar and sludge from Roslagsvattens WWTP in Margretelund were characterized and tested in growth trials with soil and peat.The formation of carbon dioxide in soil was also evaluated. In these studies, the results were also compared with hydrochar from four other substrates (digested food waste, stable manure, biosludge from treatment of process water from a pulp/paper mill and digested mixed sludge from municipal WWTPs).The project has shown that C-Green's OxyPower HTC™ is a possible technical alternative for treating Margretelund’s undigested sewage sludge. Various tests have illustrated that the technol¬ogy can reduce the sludge volume through an increase in TS to about 65 %, not only for sewage sludge but also for several other investigated substrates.Although the HTC pilot plant could not be run continuously as a full-scale plant, still a process stability could be demonstrated. Even though the process is basically exothermic and a net production of energy over the entire process can be observed, the process needs high-quality electrical energy for operation.An efficient utilization of the surplus heat that is produced thus becomes an important aspect to achieve resource efficiency. C-Green's OxyPower HTC™ is a compact process with relatively little surface area and costs for the process are judged to be dominated by operating costs in the form of energy and operating personnel.Tests with biological treatment of HTC water showed that a mixture with only reject water from sludge dewatering is not sufficient to achieve an effective purification to avoid an increased internal load on the mainstream process.Although an effective reduction of organic pollutants measured as COD could be achieved, both short-term bench-scale and long-term pilot-scale tests indicated a clear inhibition of nitrification. While no complete inhibition was observed, long-term tests clearly showed that an adaptation of the microbial community over time cannot be expected. At the same time, supplementary long-term pilot tests with biological treatment of both HTC-water and reject water in the mainstream process showed an effective reduction of both organic pollutants such as COD and ammonium. No inhibitory effects were indicated, which is due to the very strong dilution of any inhibitory substances in the HTC water.A return to the main treatment, however, means a greatly increased internal load, mainly with respect to organic pollutants and ammonium, which require extra process volumes if the effluent levels are not to be compromised.The HTC technology thus constitutes an interesting alternative for sludge management at Swedish WWTPs, which, however, requires consideration of several aspects: the facility's fitness to handle an increased internal load, today's sludge quality for producing good quality hydrochar, and a good integration into existing processes for optimal resource utilization.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Miljöbioteknik -- Vattenbehandling (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Environmental Biotechnology -- Water Treatment (hsv//eng)

Nyckelord

HTC

sludge handling

hydrochar

sewage treatment plant

sludge spreading

Revaq

HTC

slamhantering

hydrokol

avloppsreningsverk

slamspridning

Revaq

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)