Investigation of a landfill leachate treatment plant in southern Sweden

Abstract

Dissolved ammonia is often referred to as one of the major contaminants in landfill leachates. Discharge concentration limits for municipal wastewater treatment plants in Sweden have been tightened in order to meet higher water quality standards. Because of REVAQ, a certification system tailored to ensure better sludge quality, wastewater treatment plants may decide whether to accept leachate from landfills or not. Usually leachate contains potentially harmful compounds and environmental pollutants such as man-made organics, heavy metals, and ammonia. Therefore there is a growing interest in investigating actual capacities of landfills to treat leachate on-site rather than off-site, especially with regard to ammonia which is a potential inhibitor of nitrification. Since the 1980s, lagooning represents among biological treatment methods a versatile, long-term, and low-cost solution for removing organics and ammonia despite yearly climate fluctuations and leachate volume variations. This thesis focuses on the understanding of nitrogen transforming and removal processes that might occur in Hedeskoga, a landfill site provided with a series of basins and a spray irrigation area meant to treat leachate within the facility. A simple water budget and a nitrogen mass balance gave important information on the pathways followed by nitrogen: nitrification and denitrification are the main nitrogen removal processes occurring during summer in the ponds´ system in Hedeskoga; retention times longer than 30 days and temperatures lower than 5°C enhance the possibility for ammonia nitrogen to be removed by sedimentation during winter rather than by active nitrification. Further biological assays could be made in the future to elucidate just as important nitrogen removal pathways within the ponds.

Popular Abstract (Swedish)

Behandling av lakvatten inom avfallsdeponierna

Syftet med projektet var att utvärdera den faktiska lakvattenreningskapaciteten inom Hedeskogas avfallsanläggning, Skånes län. Målet var även att mäta eventuell bakterieaktivitet i dess dammar, i vilka lakvattnet hanteras. Men vad är då lakvatten? Lakvatten produceras varje gång vatten infiltreras genom ämnen samt när olika sorters substanser samlas upp av vattnet under dess färdväg genom skräpet. Aldrig hört talas om detta? Du har säkert återvunnit dina gamla Ikea-möbler eller sorterat ditt skräp på en återvinningscentral någon gång. Då har du kanske också lagt märke till det stora avfallsberg som bildats på centralen. Tänke sen att det regnar. Regndropparna smyger sig in i varje hörn av naturen och kan samtidigt fånga upp ämnen från de lösningar som kommer från nedbrytningen av dina sopor. Därför kan lakvatten jämföras med en cocktail; en flytande blandning som innehåller både organiska och icke organiska ämnen, samt tungmetaller som bland annat järn, koppar, silver, kvicksilver och nickel. Dessutom kan vissa mikroorganismer, vilka kan orsaka vanliga sjukdomar såsom salmonella och faryngit, ingå i lakvatten. Därför kan lakvatten anses representera ett potentiellt hot mot miljön och människor om de inte behandlas. Därför kan lakvatten liknas vid en ”farlig cocktail”.

Hur görs då denna cocktail? Och av vem? Grunden består av vatten, och ämnena/partiklarna kommer från materialet inuti avfallet (det kan vara vad som helst). ”Bartendern” är mikroberna som trivs i avfallet och bryter ner komplexa ämnen i små ”tegelstenar” med lite hjälp av temperatur, pH och tid. Några av dessa ämnen är svåra att bryta ned eller till och med svåra att förvandla till ämnen som inte reagerar vidare, och de stannar därför lång tid i samma koncentration i vattnet. Bland dessa ämnen är ammoniak det mest kända inom lakvattenhantering. Ammoniak orsakar problem i de anläggningar som baserar sina hanteringsmetoder på mikrobiell nedbrytning. Ammoniak kan vara giftigt för de bakterier som bryter ner det organiska materialet i avfallet och som även rengör lakvattnet i dammarna. Det vill säga, samma bakterier som bryter ned det organiska materialet kan i vissa fall även fungera som renare då de minskar ammoniakhalten i vattnet, bland annat genom nitrifikation och denitrifikation. För att återgå till exemplet med bartendern, skulle detta kunna likställas med att bartendern skulle kunna göra flera saker i baren förutom att laga cocktails; till exempel städa och diska. Dessutom kan det bli lite problematiskt om bartendern dricker sina egna drinkar under arbetstid.

Ammoniak i lakvatten finns i många olika koncentrationer. Detta beror på hur mycket ammoniak som avges efter antingen nedbrytning av det organiska materialet eller upplösning av produkter som innehåller ammoniumsalt (t.ex. tvättmedel). Vanligtvis är ammonium den jon form av ammoniak som mäts i vatten. Typiska hämmande ammoniumkoncentrationer för de biologiska processerna som används för att reducera ammoniakhalten i vattnet är vanligtvis mellan 80 och 100 mg/L.

Varför är det viktigt att behandla ammoniak i lakvatten? Jo, för om det inte behandlas inom avfallsdeponierna, kan ammoniak hamna i reningsverken tillsammans med hushållens avloppsvatten. För höga halter av ammoniak kan hindra reningsprocessen och minska effektiviteten av reningen. När näringsrikt vatten släpps ut i havet eller i åar, drabbas fiskbeståndet och det akvatiska ekosystemet av direkt toxicitet eller långsiktiga ekologiska förändringar. Ett exempel som många känner till är övergödning: ett tillstånd av för höga halter av kväve och fosfor i vattnet, vilket kan rubba den biologiska mångfalden, eftersom algproduktionen ökar samtidigt som syrehalten i vattnet minskar.

Tre av de vanligaste metoderna för att behandla och minska giftigheten av lakvatten på avfallsdeponier, och i detta särskilda fall Hedeskoga, är att använda sig av luftningsdammar, rotzoner, och bevattningsytor. Dessa metoder, förutom nitrifikation och denitrifikation, använder algassimilerings- och avgångsprocesser för att minska ammoniakhalten i lakvatten. I den första processen tas ammoniak in i cellerna som utgör algerna medan de växer upp på grund av fotosyntesen. I den andra processen avdunstar ammoniak via luften i form av gas, då pH-värdet är högre än nio och temperatur är över 20°C.
I den här undersökningen utvärderades behandlingskapaciteten genom att räkna ut både vatten- och kvävebalansen. Detta görs alltså för att räkna ut hur mycket lakvatten samt ammoniak som går in och ut ur dammarnas system i Hedeskoga. Lakvattensprover togs från dammarna och transporterades till laboratoriet för att verifiera förekomsten av nitrifierande bakterier. En standardiserad metod, kallad ”screening method”, användes för att kvantifiera möjlig hämning som kommer från lakvattnet.
Resultaten i denna studie visar tydligt på att det finns bakterieaktivitet i förhållande till nitrifikation-denitrifikation inom hanteringsdammarna, speciellt i den damm som är specifikt konstruerad för att behandla lakvatten genom att pumpa in luft under behandlingsperioden från maj till september. Dessutom var ammoniakhalten inte hämmande för de bakterier som är ansvariga för nitrifikation och denitrifikation under året 2013. En direkt följd av detta är att lakvattnet inte längre behövs skickas till det lokala reningsverket, eftersom lakvattenbehandlingskapaciteten är tillräckligt god inom Hedeskogas avfallsanläggning. I studien kunde inte ammoniakavgång uteslutas som en ytterligare lakvattenbehandlingsmetod. Därför skulle det behövas kompletterande analyser som skulle vara specifika för sådana processer.
Till sist, vad kan man göra för att minska lakvattnets miljöpåverkan? Som invånare på planeten jord och framför allt i din kommun, ligger ansvaret på dig att minska konsumtionen uppströms eftersom ammoniak (och en massa andra molekyler) kommer från den organiska delen i dina sopor. Till exempel kan du kompostera i din trädgård, planera dina matköp så att du förhindrar slöseri, eller kanske odla dina egna grönsaker i ett växthus på balkongen eller i trädgården. Mentaliteten är det viktigaste som vi alla kan förändra, ammoniak å andra sidan, kommer lyder samma kemiska lagar som det alltid har gjort i urminnes tider.



Handledare: Karin Jönsson
Examensarbete för masterexamen 30 hp i Ekotoxikologi 2014
Biologiska institutionen, Lunds universitet
I samarbete med Sysav

• author: Sarno, Alessandro
• supervisor: Karin Jönsson
• organization: Degree Projects in Biology
• course: BIOM14 20141
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• keywords: nitrification, landfill leachate, on-site treatment, nitrogen mass balance, nitrogen removal, ammonia volatilization.
• language: English
• id: 4675844
• date added to LUP: 2014-09-24 14:07:18
• date last changed: 2014-12-22 11:29:19