För att hjälpa reningsverk och lagstiftare att förstå hur reningsprocessen för vattenåteranvändning påverkar miljön har Xylem och Svenska Miljöinstitutet (IVL) genomfört en djupgående forskningsstudie på flera olika behandlingslinjer för vattenåteranvändning. Här är fyra saker ni bör känna till när ni ska utveckla en anläggning för vattenåtervinning.
I en tidigare artikel tittade Impeller på forskningsresultat som beskrev de totala livscykelkostnaderna för olika behandlingslinjer för vattenåteranvändning, bland annat investerings- och driftkostnaderna över en 20-årsperiod. I den här artikeln fokuserar vi på resultaten från forskning som utgår från tio nyckeltal för miljöpåverkan (se nedan för en fullständig lista).
– Vi ville ta reda på hur den mest hållbara och optimala återanvändningslösningen ser ut. Därför tittade vi på den totala livscykelkostnaden och miljöpåverkansanalysen och sedan på den sociala aspekten, som handlar om att uppnå en avloppsvattenkvalitet enligt specifika regionala regelverk. Vi definierar hållbarhet som en skärningspunkt där dessa tre pelare möts. Och man måste titta på alla tre pelare, säger Aleksandra Lazic, Senior Process Engineer, R&D Treatment på Xylem.
1. Ökad avloppsvattenkvalitet leder inte till någon stor påverkan på miljön.
I studien har forskarna tittat på åtta behandlingslinjer för tre vattenåteranvändningsändamål: återanvändning inom jordbruket, återföring till grundvattnet och återanvändning inom industrin. Dessa linjer sträcker sig från låg vattenkvalitet för användning inom jordbruket till hög vattenkvalitet där mikroföroreningar avlägsnas för återföring till grundvattnet.
– Vår forskning visar att när man höjer avloppsvattenkvaliteten stiger även värdet för de flesta nyckeltalen för miljöpåverkan, men inte alla. Vi ser samtidigt inte några stora ökningar av de viktigaste nyckeltalen, såsom faktorerna för global uppvärmningspotential, försurning och eutrofiering, när man jämför med konventionell avloppsvattenrening. Det rör sig inte om några extrema ökningar, vilket betyder att en ökad avloppsvattenkvalitet inte leder till någon stor påverkan på miljön, säger Lazic.
2. Den lägsta avloppsvattenkvaliteten har den högsta faktorn för global uppvärmningspotential.
– För samtliga nyckeltal utom ett ser man visserligen en liten ökning av miljöpåverkan när vattenkvaliteten ökar. Faktorn för global uppvärmningspotential minskar däremot när vattenkvaliteten ökar. Det är faktiskt den lägsta vattenkvaliteten, den för användning inom jordbruk, som har den högsta faktorn för global uppvärmningspotential. Det här var något vi inte hade förväntat oss. Det beror på att den linjen har mycket högre utsläpp av dikväveoxid (N2O), 2,1 % jämfört med 0,2 % för övriga linjer, säger Lazic.
Förklaringen till de högre halterna av N2O är att när avloppsvatten med låg kvalitet produceras för jordbruksanvändning behålls näringsämnena i vattnet för att fungera som gödningsämne. För att uppnå detta måste det andra behandlingssteget avbrytas hela tiden vilket resulterar i högre halter av N2O.
– Dikväveoxid har en 300 gånger högre faktor för global uppvärmningspotential än koldioxid. Det är med andra ord en av de mest problematiska gaserna när det gäller växthusgaser. Även om många är medvetna av detta utsläpp i behandlingsprocessen utgår de flesta bara från antaganden när de ska fastställa värdet för denna gas. Vi mätte i stället N2O-utsläppen under två år, säger Lazic.
3. Energiförbrukningen styr 7 av 10 nyckeltal för miljöpåverkan.
– Vi tittade på vad det är som styr nyckeltalen för att förenkla resultaten så mycket som möjligt. Vi såg då att de flesta nyckeltalen styrs av energiförbrukningen, närmare bestämt sju av tio. Om man sänker energiförbrukningen för behandlingslinjerna minskar man alltså samtidigt miljöpåverkan. Med denna kunskap kan man även använda energiförbrukningen som en genväg till en enklare bedömning av behandlingslinjens miljöpåverkan, säger Lazic.
För behandlingslinjerna för återföring till grundvattnet och användning inom industrin var utsläppen av N2O mycket små. Här hade alltså energianvändningen starkast inflytande på faktorn för global uppvärmningspotential. För behandlingslinjerna för jordbruk hade utsläppen av N2O-utsläpp starkast inflytande.
– I vår livscykelkostnadsanalys upptäckte vi att det andra behandlingssteget använder mest energi och står för den största kostnaden när det gäller såväl investering som drift. Med vår miljöpåverkansanalys kan vi se att en minskning av energiförbrukningen i det andra behandlingssteget också minskar miljöpåverkan. Detta visar tydligt vilket steg det är vi behöver optimera, säger Lazic.
Enligt Lazic har vissa länder redan kommit ganska långt när det gäller kontrollen av hur utsläpp av växthusgaser och driften av en anläggning hänger ihop. I Storbritannien begränsas till exempel energianvändningen och utsläppen genom en koldioxidavtrycksavgift som reningsverk är skyldiga att betala. Reningsverken måste rapportera hela anläggningens energiförbrukning och utsläpp. Utifrån rapporten beräknas sedan den årliga avgiften. Om siffrorna för en anläggning inte faller inom rätt gränsvärden måste reningsverket betala en avgift.
4. Platsen och storleken kan göra stor skillnad för en anläggnings miljöpåverkan.
Forskningsteamet testade de åtta behandlingslinjerna för vattenåteranvändning i tre fullskaliga anläggningsstorlekar: 20 000 PE (personekvivalent), 100 000 PE och 500 000 PE. Forskningens slutsats är att ju större anläggningen är, desto lägre blir CO2-utsläppen per kubikmeter renat vatten.
– Om man har ett större system med större utrustning såsom pumpar och fläktar, blir de effektivare ju större de är. Detta innebär att energiförbrukningen minskar per kubikmeter renat vatten. Därför är en mer centraliserad behandling något som många eftersträvar, alltså hellre en stor anläggning än flera små, säger Lazic.
Källan till den energi som används i anläggningen är också en betydelsefull faktor för miljöpåverkan.
– Vår forskning utgår från kostnaderna och elnätet i Spanien. När vi räknar om påverkan för en anläggning i Sverige, som använder mycket grönare energi, sjunker faktorn för global uppvärmningspotential med 60 procent. Om man förlägger anläggningen till USA ökar faktorn i stället med 50 procent eftersom de använder mer fossila bränslen där än i Spanien. Vi säger därför att beräkningen av miljöpåverkan är regionspecifik, säger Lazic.
Xylems roll inom hållbar vattenåteranvändning
Xylem bestämde sig för att gå vidare med resultaten för vattenreningens miljöpåverkan för att se hur de globala utsläppen skulle kunna minskas.
– Vi bestämde oss för att tillämpa våra resultat i global skala för att se vad effekten skulle bli om vi kunde optimera reningsverk med hjälp av den Xylem-teknik som finns tillgänglig i dag, säger Lazic.
Resultatet blev rapporten Powering the Wastewater Renaissance, som visar att avloppsindustrin skulle kunna halvera sina elrelaterade utsläpp.
– Eftersom Xylem kan leverera ett komplett system för avloppsvattenrening för återvinning kan vi optimera hela behandlingslinjen. Vi är inte bara en utrustningsleverantör utan även en lösningsleverantör. Vi har lagt ned mycket arbete på att förstå inte bara vad som är den bästa lösningen utan även den hållbaraste lösningen.
—
De tio nyckeltalen för miljöpåverkan
Global uppvärmningspotential, försurningspotential, eutrofieringspotential, fotokemisk ozonbildning, humantoxicitet, ekotoxicitet för färskvatten, ekotoxicitet för vattenlevande organismer, ekotoxicitet för marklevande organismer, abiotisk utarmning för grundämnen och abiotisk utarmning för fossila resurser.