Modellering av Klagshamns avloppsreningsverk för optimering av kväveavskiljning efter införande av rejektvattenbehandling

Sammanfattning: Utsläppskraven för avloppsreningsverk (ARV) i Sverige uppdateras regelbundet, och samtidigt ökar även kraven på energieffektivitet. Vid Klagshamns avloppsreningsverk i södra Malmö har den inkommande kvävebelastningen ökat under en lång tid, och för att minska denna planeras separat rejektvattenbehandling med en anammoxprocess att implementeras på verket. VA SYD vill därför undersöka om processändringar kan utföras efter att rejektvattenbehandlingen införts för att ytterligare minska kvävebelastningen till efterdenitrifikationssteget för att minska behov av extern kolkälla eller energianvändningen för luftning vid verket. Matematisk modellering kan vara ett kostnadseffektivt verktyg för att utvärdera denna typ av situationer. En matematisk modell av försedimentation-, aktivslam- och eftersedimentationsstegen på Klagshamns avloppsreningsverk implementerades i mjukvaran WEST med ASM2d-modellen som bas. Parallellt byggdes även en modell med ASM1 som bas eftersom den är kompatibel med ADM1-modellen för rötningsprocessen, men svårigheter med kalibrering ledde till att fokus lades på ASM2d-modellen. En dynamisk indatagenerator användes för att skapa dygnsvariationer (1-timmesmedelvärde) av inkommande COD- och ammoniumkvävekoncentrationer till verket med hjälp av högupplöst flödesdata och flödesproportionerliga dygnsmedelvärden av COD och ammoniumkväve. Modellen kalibrerades initialt under steady state-förhållanden, innan den dynamiska datan användes för finjustering av kalibreringen. Under kalibreringsfasen upptäcktes stora osäkerheter gällande överskottsslamflödet och slamhalten i reaktorerna, vilka kräver ytterligare utredning. Generellt gav modellen goda resultat efter kalibrering med datan producerad med indatageneratorn, vilket visades via jämförelse mellan modelldatan och data från onlinemätare (ammonium- och nitrat- kväve) placerade vid utloppet från aktivslamsteget. Den kalibrerade modellen användes för att implementera fördenitrifikation i aktivslamsteget under sommar- och vinterförhållanden när rejektvattenbehandling införts. Fördenitrifikation testades genom att introducera ett internt recikulationsflöde för nitrat, samt genom att endast använda nitrat som recirkulerats med returslammet. Resultaten visar pa ̊ goda förutsättningar för att använda fördenitrifikation under sommaren (med 1 eller 2 anoxiska zoner) och eventuellt även under vintern (med 1 anoxisk zon). Processen visade sig vara COD-begränsad, men även med endast inkommande organiskt material tillgängligt kan den totala mängden kväve in till MBBR-steget minskas med 20-30% jämfört med ett scenario utan fördenitrifikation. Om kolkälla tillsätts kan mängden totalkväve till MBBR-steget minskas ytterligare (upp emot 65%), pa ̊ bekostnad av försämrad nitrifikation. Vid de flesta scenarier minskar energiförbrukningen för luftning.