Sorterande avloppssystem: kostnads- och nyttoanalys i stadsdelen H+, Helsingborg

Abstract

The urban renewal project H+, in the city of Helsingborg, is considering a source separating wastewater system, which could potentially help the municipality to fully or partly reach environmental targets. Advantages of blackwater separation include increased production of biogas and a more convenient recycling of plant nutrients, in comparison to a conventional system. However, existing literature clearly indicates a conflict between environmental benefits and financial considerations. It follows that uncertainty related to the cost of source separating wastewater systems needs to be reduced.

The aim of this master’s thesis was to find the most cost effective source separating system, which in addition could maximize societal economic benefits. This goal was reached by an evaluation of three options (Systems 2 - 4) based on costs and benefits and by comparing these to a conventional reference alternative (System 1). Further, the aim was to evaluate the sustainability of the studied systems and to appraise their applicability not only in H+ but other cities as well.

In the source separating systems the blackwater is collected via vacuum technology. Anaerobic treatment of the blackwater is considered in Systems 2 and 3, while the treatment of System 4 centers around aerobic hygienisation. All systems are focused on the production of biogas and/or the return of plant nutrients to farmland.

The results show that System 3 is the least costly sorting alternative. However, source separating wastewater systems in this study are 35 - 50 % more expensive than System 1. While Systems 2 - 4 have more environmental and societal economic advantages, they are associated with higher installation and operating costs. The annual income from the source separating systems correspond to approximately 4 % of the annual investment and operating costs.

By a sensitivity analysis it is shown that larger systems are cheaper per person compared to systems that are dimensioned for fewer people. However, bigger systems are more expansive in total, which will increase the risk of the investment. The sensitivity analysis also shows that a doubling in price of the commercial fertilizers, which is a likely scenario in the future, does not affect the results significantly. However, a less advanced treatment for source separated graywater could reduce the overall costs by approximately 20 %. The method to calculate this is not well established and further studies regarding the costs of graywater treatment are necessary. Some factors which significantly impact the outcome are the selected imputed cost of capital and the length of the sewage net, which determine the applicability of the studied systems in other cities.

Abstract (Swedish)

Stadsförnyelseprojektet H+ i Helsingborg överväger en sorterande systemlösning för avlopp, vilken skulle kunna bidra till att kommunen helt eller delvis uppfyller sin miljöprofil. Fördelar med klosettvattensortering är bland annat att biogasproduktion gynnas och att växtnäringsämnen lättare kan återvinnas, i jämförelse med ett konventionellt system. I litteraturen är det dock tydligt att miljönyttor står i konflikt med ekonomiska faktorer. Osäkerheten kring kostnaden för sorterande avloppssystem behöver därför reduceras.

Målet med det här examensarbetet var att hitta den mest kostnadseffektiva sorterande systemlösningen, som samtidigt bidrar med så stor samhällsekonomisk nytta som möjligt. För att uppnå detta mål har tre sorterande systemlösningar (System 2 - 4) undersökts med avseende på kostnader och nyttor. Resultatet har sedan jämförts med ett konventionellt referensalternativ (System 1). Arbetet har dessutom syftat till att utvärdera hållbarheten för de studerade systemen, samt att utreda tillämpligheten av källsorterande avloppslösningar inte bara i H+ utan också i andra städer.

Klosettvattnet i de utvalda sorterande systemen samlas in med vakuumteknik. System 2 och 3 behandlar klosettvattnet anaerobt och i System 4 utgår behandlingsanläggningen från aerob hygienisering. I samtliga system ligger fokus på biogasproduktion och/eller återföring av växtnäringsämnen till jordbruk.

Resultaten visar att System 3 är billigast bland de sorterande alternativen. Källsorterande avloppslösningar är dock 35 - 50 % dyrare än System 1. De miljömässiga och samhällsekonomiska fördelarna är fler i System 2 - 4, men detta måste ställas i relation till högre investerings- och driftkostnader, vilka påverkar den ekonomiska hållbarheten. Årliga intäkter från ett sorterande system motsvara cirka 4 % av den årliga investerings- och driftkostnaden.

En känslighetsanalys visar att det blir billigare per person att bygga större system jämfört med ett alternativ som är dimensionerat för färre personer. Totalt sett blir dock ett större system dyrare, vilket bidrar till att risken med investeringen också ökar. Känslighetsanalysen visar att en dubblering av handelsgödselpriset, vilket är ett troligt scenario i framtiden, inte påverkar resultatet särskilt mycket. Däremot har en enklare reningsteknik för sorterat BDT-vatten uppskattats reducera totalkostnaden med cirka 20 %. Metoden för att komma fram till detta är dock inte vedertagen och fler studier gällande kostnaderna för BDT-vattenrening är därför befogade. Vidare visar analysen att ett par faktorer som påverkar de årliga totalkostnaderna markant är val av kalkylränta och längd på ledningsnätet, vilket därför också blir avgörande för tillämpligheten av systemen i andra städer.

Popular Abstract (Swedish)

Att sortera urin och fekalier från bad-, disk- och tvättvatten möjliggör att mer växtnäringsämnen kan återvinnas ur avloppsvattnet. Vid källsortering av toalettvattnet ökar dessutom den mängd biogas som kan produceras vid behandlingen. Mot bakgrund av detta är ett sorterande avloppssystem aktuellt i stadsförnyelseprojektet H+ i Helsingborg, där miljö- och hållbarhetsfrågor står i fokus. Frågan är hur miljömässiga och ekonomiska aspekter av en sorterande avloppslösning i H+ förhåller sig till varandra.

I vanliga toaletter används en stor mängd vatten för att spola bort urin och fekalier. För att minska vattenanvändningen kan vakuumtoaletter i stället användas, vilket leder till att avloppsvattnet blir mindre utspätt. Detta medför, i motsats till konventionella system, att teknik för avvattning vid produktion av biogas inte behövs, eftersom det koncentrerade avloppsvattnet från vakuumtoaletter inte behöver förbehandlas. Dessutom kan växtnäringsämnen, som fosfor och kväve, lättare återvinnas och användas som ett substitut till handelsgödsel. Fossil fosfor är en ändlig produkt, varför återvinning är av största vikt för att säkra den framtida matproduktionen inom jordbrukssektorn. Återvinning av växtnär-ingsämnen leder även till mindre övergöd-ning då fosforn och kvävet hamnar på åkermark istället för i vattendrag. Ett sorte-rande system bidrar alltså med fler miljö-nyttor än ett konventionellt alternativ.

De ekonomiska vinsterna av miljönyttorna är dock små och uppskattas till cirka 4 % av den totala kostnaden. Utöver detta har sorterande system visat sig kosta 35 - 50 % mer än en vanlig avloppslösning. Men med tanke på att den fossila fosforn en dag kommer att ta slut, och att miljönyttorna är fler, kommer sorterande system trots detta antagligen att bli mer eftertraktade i framtiden.

För att ta reda på vad sorterande avloppslösningar kostar har tre system jämförts med ett konventionellt alternativ, så som det vanligtvis ser ut i svenska städer idag. Investeringskostnaden för samtliga alternativ har tagits fram med en så kallad annuitetsmetod. Metoden innebär att grundinvesteringen slås ut över livslängden för varje komponent i systemet. För att annuitetsberäkningar ska kunna utföras, krävs att en kalkylränta antas. Kalkylräntan återspeglar investeringens risker och avkastningskrav. Vid kostnadsanalysen av de sorterande systemen har den antagits vara 3 %. Till detta har en årlig driftkostnad adderats.

Det som kännetecknar det billigaste sorterande systemet är att membranteknik används både för biogasproduktion och för återvinning av växtnäringsämnen, det vill säga en typ av filtrering där renat vatten hela tiden bortforslas från behandlingsprocessen. Den totala kostnaden per person i H+ området är 3 900 SEK/år för detta system, vilket är 1 000 SEK/år dyrare per person än det konventionella alternativet.

Parametrar som visat sig påverka resultatet av den ekonomiska analysen på ett markant sätt är kalkylräntan samt längden på avloppsledningsnätet från fastigheterna till behandlingsanläggningen. I H+ projektet är det tänkt att detta avstånd ska vara kort, vilket leder till en stor ekonomisk fördel. Att lägga ledningsnät är dyrt och detta är viktigt att ha i åtanke för exempelvis beslutsfattare i andra städer, där sorterande system kan bli aktuella i framtiden. Även kalkylräntan måste beaktas. En ökning av denna med tre procentenheter resulterade i en ökning av den totala kostnaden med cirka 30 % för de analyserade systemen. Vid konstruktion av ett sorterande avloppssystem krävs alltså noggrann planering för att merkostnaderna inte ska bli onödigt höga.

• author: Örn Sagrelius, Pär
• supervisor: Hamse Kjerstadius; Erik Kärrman
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVA820 20142
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: annuitetsmetod, kostnader, sorterande avloppssystem, samhällsekonomisk analys, H+
• report number: 2015-04
• language: Swedish
• id: 5239948
• date added to LUP: 2015-05-06 14:04:48
• date last changed: 2015-05-06 14:04:48