Respirationsanalys för bedömning av processavloppsvattens behandlingsbarhet i aktivt slam från Perstorp industripark

Abstract (Swedish)

Avloppsreningsverk som hanterar industriellt avloppsvatten ställs inför särskilda utmaningar, eftersom sammansättningen ofta varierar kraftigt och kan innehålla toxiska ämnen. Störningar i reningsprocessen kan därför leda till ökade utsläpp och betydande miljöpåverkan, vilket gör det avgörande att undvika sådana störningar. Avloppsreningsverket vid Perstorp industripark renar processavloppsvatten från ett femtontal kemitekniska fabriker och kringliggande verk-samheter genom aktivslammetoden. Totalt organiskt kol (TOC) är den främsta föroreningen, men halterna och sammansättningen varierar kraftigt, vilket leder till en anpassad och föränderlig biologi. Många föroreningar har potential att vara toxiska, och TOC-halt är inte en tillräcklig indikator på toxicitet eftersom även oorganiska ämnen och kombinationseffekter kan bidra. Det finns därför ett behov av en analysmetod som kan bedöma hur specifika processavloppsvatten påverkar respirationen hos den aktuella slamsammansättningen, som underlag vid beslut om hantering av enskilda processavloppsvatten och för att skydda reningsprocessen.

I det här examensarbetet har därför en enkel respirationsanalys för toxicitetsutvärdering av enskilda delströmmar utformats. Metoden baserades på kontinuerlig mätning av syreupptagningshastigheten i aktivt slam före och efter tillsats av utvalda processavloppsvatten. En representativ delström och en inhiberande referenslösning analyserades för att verifiera analysmetodens användbarhet och begränsningar. Vidare utvärderades två stimulerande referenssubstrat för att möjliggöra utvärdering av processprestandan över tid.
Resultaten visade att en enkel experimentuppställning med tillförlitlig syrehaltsmätning kunde utformas med den utrustning som fanns tillgänglig i driftslaboratoriet vid Perstorp industriparks avloppsreningsverk. Det framkom att den endogena syreupptagningshastigheten inte är tillräcklig som ensam referensnivå för att bedöma hämning, om optimal processprestanda eftersträvas. Kompletterande mätningar med olika provvolymer visade sig vara nödvändigt för att analysmetoden skulle vara användbar för identifiering av hämmande halter. Vidare konstaterades att metanol i en halt motsvarande 50 mg TOC/l är lämpligt för regelbundna respirationsanalyser, för utvärdering av aktivslamanläggningens processprestanda över tid. För att erhålla mer tillförlitliga resultat bör osäkerheter i analysen av slammets SS-halt utredas och kombinationseffekter undersökas genom kompletterande respirationsförsök med det samlade inkommande processavloppsvattnet från utjämningsbassängen uppströms luftningsbassängerna. Sammantaget bedöms analysmetoden kunna användas för att indikera behandlingsbarheten i enskilda delströmmar, men främst som ett vägledande underlag.

Abstract

Wastewater treatment plants that treat industrial wastewater face particular challenges, as the composition is highly variable and often contains toxic compounds. Process disturbances can thus result in increased effluent loads and significant environmental impact, highlighting the importance of avoiding interference. The wastewater treatment plant at the Perstorp site treats industrial wastewater originating from around fifteen chemical production plants and other facilities within the industrial park using the conventional activated sludge process. The main contaminant is total organic carbon (TOC), but both the concentration and composition of the combined influent vary substantially, resulting in a continuously adapting and changing microbial community. Various compounds have the potential to be toxic, and TOC concentration alone is not a sufficient indicator of toxicity, as inorganic compounds and combination effects may also contribute. Thus, there is a need for an analytical method capable of determining the respiratory effects of specific process wastewater streams on the current sludge composition. The results could serve as supporting material for decisions regarding the handling of individual wastewater streams, in order to protect the biological treatment process.

In this master’s thesis, a simple respirometric analysis for toxicity evaluation of specific process wastewater streams was therefore developed. The method is based on continuous measurements of the oxygen uptake rate (OUR) in activated sludge before and after the addition of selected wastewater streams. A representative process wastewater stream and an inhibitory reference solution were analyzed to verify the applicability and limitations of the analytical method. Furthermore, two potential stimulating reference substrates were evaluated to enable assessment of process performance over time.

The results showed that a simple experimental setup with reliable measurements of dissolved oxygen could be designed using the equipment available in the laboratory of the wastewater treatment plant at the Perstorp site. It was found that the endogenous OUR alone was not sufficient as a reference level for evaluating inhibition, when aiming for optimal process performance. Complementary measurements using different sample dilutions proved necessary for the analytical method to be useful for identifying inhibitory concentrations. Furthermore, methanol at a concentration of 50 mg TOC/L was determined to be appropriate for periodic respirometric measurements aimed at assessing the performance of the activated sludge process. To obtain more reliable results, uncertainties in the analysis of the suspended solids (SS) require further investigation, and combination effects should be evaluated using complementary respirometric measurements of the combined influent process wastewater from the equalization basins upstream of the aeration basins. Overall, the respirometric analysis method developed is considered useful for indicating the treatability of specific process wastewater streams, but primarily as decision-support guidance.

Popular Abstract (Swedish)

Reningen av avloppsvatten bygger på att mikroorganismer får arbeta ostört. När industrins avloppsvatten innehåller skadliga ämnen kan reningsprocessen störas – och det kan i sin tur leda till ökade utsläpp av föroreningar med allvarliga miljökonsekvenser.

Avloppsvatten kommer från allt vi människor gör – från att duscha och diska till att tvätta bilen. När vi spolar ned det i avloppsbrunnen förs det i ledningar till avloppsreningsverk, där miljarder mikroorganismer samarbetar för att bryta ned de föroreningar som avloppsvattnet innehåller. Hur lång tid det tar att bryta ned ett ämne varierar; vissa föroreningar är väldigt små och lätta för biologin att bryta ner, medan andra tar lång tid. Några ämnen kan till och med vara skadliga.

Perstorp industripark är ett företagsområde med kemisk industri där kemikalier tillverkas dygnet runt. Från fabrikerna släpps avloppsvatten ut, och detta renas i industriparkens egna avloppsreningsverk. Eftersom det finns många fabriker som tillverkar olika produkter är sammansättningen i det samlade avloppsvattnet aldrig densamma – och mikroorganismerna anpassar sig därför hela tiden efter de ämnen som de exponeras för. Det finns också många föroreningar i dessa avloppsvatten som kan vara skadliga för biologin och skapa störningar i reningsprocessen. Då försämras reningen och utsläppen av föroreningar ökar, vilket belastar miljön och kan leda till allvarliga miljökonsekvenser. Därför måste störningar undvikas!

Ett sätt att förhindra störningar är att endast ta emot de avloppsvattenströmmar som inte inne-håller skadliga halter av föroreningar, eller ta emot dem tillräckligt långsamt så att mikroorgan-ismerna inte tar skada. Det innebär att avloppsvattnets påverkan på mikrobiologin behöver undersökas innan det är där i verkligheten och riskerar att skapa störningar. Då mikrobiologin, precis som vi människor, behöver syre för att fungera, kan man undersöka påverkan genom att mäta hur snabbt mikroorganismerna tar upp syre från sin omgivning – vattnet. Det kan man göra genom att mäta syrehalten i vattnet över tid; ju snabbare den sjunker, desto mer syre förbrukar biologin och desto snabbare bryts föroreningarna ned.

För att avgöra om en avloppsvattenström är skadlig för mikroorganismerna behöver man jämföra syreupptaget med en föroreningsfri referens och med resultat från försök med olika mängder avloppsvatten. En bra referens är den syreupptagningshastighet som biologin har när inga föroreningar finns närvarande – då bryts bara döda celldelar ned för att hålla mikroorganismerna vid liv, vilket går långsamt. Om syreupptagningshastigheten efter tillsats av en avloppsvattenström är lägre än denna, tyder det på att halten skadliga föroreningar är hög och att risken för störningar är stor. Avloppsvatten kan dock hämma nedbrytningsprocessen även om referensnivån inte underskrids. Det är därför rekommenderat att göra minst två försök med olika mängder avloppsvatten. Om syreupptagningshastigheten minskar när mängden föroreningar ökar, visar det att vattnet innehåller skadliga ämnen som försämrar nedbrytningens effektivitet.

Metoden har hittills bara testats på två olika avloppsvattenströmmar, och det finns fortfarande osäkerheter kring vilka faktorer som påverkar resultaten. Trots detta visar studien att metoden fungerar väl som indikator på om – och i vilken omfattning – olika avloppsvatten kan renas i Perstorps avloppsreningsverk utan att störa mikroorganismerna. Ett rutinmässigt användande av metoden kan därför sannolikt minska risken för driftsstörningar och bidra till en mer stabil reningsprocess med lägre utsläpp av föroreningar, vilket gynnar miljön.

• author: Jellbom, Clara
• supervisor: Michael Cimbritz; Jonatan Eliasson
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVAM05 20261
• year: 2026
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: respirometri, respirationsanalys, OUR, aktivt slam, avloppsreningsverk, processavloppsvatten, toxicitet, vattenförsörjnings- och avloppsteknik
• report number: 2026-10
• language: Swedish
• id: 9241328
• date added to LUP: 2026-06-24 08:49:21
• date last changed: 2026-06-24 08:49:21