NPHarvest - Rejektvattenrening med näringsåtervinning

Hur fungerar NPHarvest?

Rejektvatten från rötning är särskilt intressant för näringsåtervinning då rejekt ofta innehåller höga halter av mineraliserade näringsämnen, såsom kväve och fosfor. Det är också här NPHarvest-tekniken, utvecklad vid Aalto Universitetet i Helsingfors, fokuserar sin utvinning av kväve och fosfor. Tekniken har jämförts mot två referenstekniker, båda utvecklade av Ekobalans Fenix AB. Dessa bygger på struvitfällning (eco:P) samt ammoniakstripping (eco:N).

NPHarvest baserar sin teknik på två delprocesser: förbehandling av näringsrikt vatten i en koagulerings- och flockningsprocess, och membranbaserad kväveåtervinning. I förbehandlingen tillsätts kalciumhydroxid under snabb omrörning. Fosfor fälls ut i efterföljande tank vid långsam omrörning, och flockas tillsammans med andra kolloidala ämnen. En sedimenteringstank och ett textilfilter avskiljer sedan slammet, som till sin sammansättning är koncentrerad på fosfor. Användningen av kalciumhydroxid resulterar i att pH höjs, vilket reducerar den mikrobiell aktiviteten i fosforprodukten och gör att ammonium i vattnet bildar ammoniak. Ammoniaken övergår i gasfas och avskiljs därefter med hydrofobiska, gaspermeabla membran. Att med membran avskilja ammoniak i gasform, för att sedan bilda salt med hjälp av syra har testats tidigare. Skillnaden med denna teknik är att designen hos NPHarvest tillåter löst packade membran, vilket gör att tekniken klarar höga halter av suspenderat material, upp till 500–700 mg SS/l, utan att förlora i effektivitet.  

I projektet utfördes pilotförsök i två omgångar under 2021 på testbädden RecoLab vid Öresundsverket i Helsingborg. RecoLab behandlar källsorterat avlopp från bostäder och verksamheter som byggts enligt principen ”tre rör ut”, med separata spillvattenledningar för matavfall, gråvatten och svartvatten. Den sistnämnda leds till rötning i så kallade UASB-reaktorer, där slam avskiljs från botten av rötkammaren och ett dekantat avskiljs från toppen. Dekantatet är till sammansättningen till viss del jämförbar med rejektvatten från slamavvattning av ett rötat reningsverksslam. Pilotförsökets första tester gjordes på rejektvatten från Öresundsverkets rötningsprocess, och försökets andra omgång på RecoLab:s UASB-dekantat. Det är resultatet från den senare delen som legat till grund för bedömningen av teknikernas miljöpåverkan.

Vad innehåller produkterna?

Från processen fås två produkter innehållande fosfor respektive kväve. Kväveprodukten visade sig innehålla höga kvävehalter (20 %) vilket är i paritet med kommersiella produkter samt den från referenstekniken. NPHarvest kunde avskilja upp till 70 procent av inkommande kväve, men på grund av höga utsläpp av ammoniak till omgivande luft utvanns endast 50 procent. Föroreningsgraden av tungmetaller låg långt under rådande lagkrav, och produkten var fri från organiska mikroföroreningar (ex. PAH, PCB, nonylfenol och ibuprofen). Fosforprodukten innehöll lägre halter fosfor (ca 1 %) än den från referenstekniken (20 %, baserat på ett stickprov), men relativt höga halter av kalcium (7–8 %) och kol (10 %). Det gör att den i dagsläget möjligen inte lämpar sig som gödsel, men fortfarande kan inneha potential som jordförbättringsmedel eller ligga grund för tillverkning av näringspellets. Föroreningsgraden hos fosforprodukten, såväl som den från referensteknik, påverkas i större utsträckning av vad inkommande vatten innehåller, där bland andra ibuprofen, fexofenadin (antihistamin) och tetracyclin (antibiotika) till viss del även återfanns i produkten. Förorening av tungmetaller var låga i produkterna från både NPHarvest och referenstekniken, något som kan bero på låga halter i inkommande vatten till pilotanläggningen snarare än avskiljande egenskaper hos teknikerna.

Processens miljöpåverkan utreds med LCA

För att bedöma teknikens miljöpåverkan och identifiera områden med större påverkan, så kallade hot spots, utfördes även en livscykelanalys (LCA) för respektive teknik. Miljöpåverkansbedömningen klassificerade resultatet utifrån följande kategorier: klimatpåverkan, övergödning, försurning, utarmning av abiotiska resurser samt human- och ekotoxicitet. Den största miljöpåverkan återfanns i direkta utsläpp av ammoniak, i produktionen av kalciumhydroxid samt vid energiförbrukning för torkning av kväveprodukten. För framtiden bör slutna reaktorer och alternativ till kalciumhydroxid övervägas. De miljömässiga fördelarna identifieras främst till minskade utsläpp av lustgas och ett minskat behov av fällningskemikalie i reningsverkets huvudström, i ett scenario där tekniken appliceras på ett konventionellt reningsverk. Därtill minskar även behovet av mineralgödsel om de återvunna produkterna sprids på jordbruksmark. Referenstekniken ger i dagsläget en större mängd avskilt och återvunnet kväve, varför den sluppna miljöpåverkan för denna är något större. Ett konstaterande som görs från analysen är att en implementering av både referensteknik samt NPHarvest skulle medföra en minskad klimatpåverkan.

Studien gör inget försök att avgöra om den ena tekniken är bättre än den andra, utan jämför teknikerna för att kartlägga återstående utmaningar och förbättringsmöjligheter. Utöver Svenskt Vatten Utveckling, har projektet finansierats av Richerts stiftelse, Aalto Universitetet, Lunds tekniska högskola, Sweden Water Research samt NSVA.