Avloppsrening, Vattenrening Vattenburna sjukdomar

Avloppsrening, Vattenrening
Vattenburna sjukdomar
Sofia Andersson
Vatten
Cirka 70 procent av jordytan är täckt med vatten. Endast
en procent utgörs av sötvatten som kan drickas.
Man började bygga avloppsledningar i Sverige för
drygt 100 år sedan. Tidigare lät man vattnet rinna
ut orenat i närmaste vattendrag.
På 1930-talet började man rena avloppsvattnet.
Varje person i Sverige förbrukar i snitt 180 liter
vatten per dygn. I många U-länder är
förbrukningen bara 20 liter per dygn, i USA är
den över 300 liter…
Avloppsrening i Sverige
•
•
•
•
>2000 kommunala reningsverk
1,5 km3 avloppsvatten renas / år
240 000 ton slam (TS) produceras / år
92 000 km kommunala avloppsledningar
(nästan tre varv runt ekvatorn)
• Sveriges VA-verksamhet omsätter 14,3
miljarder SEK/år
Avloppsvattnets sammansättning
• Organiskt material
– COD, chemical oxygen demand
– BOD7, biochemical oxygen demand
• Närsalter
– kväve
– fosfor
• Metaller
– Hg, Cd, Cr etc.
• Mikroorganismer (patogener)
• Partiklar (TSS)
Varför renar vi avloppet?
• Hygien:
– Förhindra utbrott av vattenburna sjukdomar
– Vattenkvalitet för bad/fiske
• Minska Övergödning/Bottendöd
– Utsläpp av N/P  övergödning
– Förhöjd halt organiska kolväten (COD, BOD) och TSS
 syrebrist  bottendöd
• Förhindra förgiftning:
– Tungmetaller/Miljögifter/Läkemedelsrester skadliga för
många djur och växter  bioackumuleras
Avloppsrening
• Primärrening: mekanisk rening (1) (4)
• Sekundärrening: biologisk nedbrytning av
organiskt material (3), aerob, anoxisk eller
anaerob
• Tertiärrening: kemisk och fysikalisk rening (2)
• Biologisk rening av kväve och fosfor (3)
Typer av biologisk avloppsrening
• Småskaligt
– Hushåll (SBR, trekammarbrunn, septisk tank),
småindustrier
• Storskaligt
– Kommunala verk (>1 miljon PE)
• Low-tech
– Dammar, våtmarker, trickling filter
• High-tech
– Moving bed biofilm reactor (MBBR), membran
reaktorer, fluidiserad bädd, upflow anaerobic sludge
blanket (UASB) reaktor
– Skräddarsydda processer
Mekanisk rening
Galler
(Henriksdal)

Sandfilter (Henriksdal)
Grovt galler (Mojo Tannery
Etiopien)
Kemisk rening
Kemisk rening
• Flockulerande kemikalier tillsätts
– ALUM (Al2(SO4)3)
– Järnsulfat
• Syfte
– Fälla ut fosfor
– Ta bort icke-sedimenterbara partiklar
• Förfällning/Simultanfällning/Efterfällning
Processutformning på Henriksdalverket - FÖRFÄLLNING
Biologisk rening
Biologisk rening av organiska ämnen
Aerob nedbrytning:
Org. material + O2  CO2 + H2O + biomassa
Anaerob nedbrytning:
Org. Material  CO2 + CH4 + biomassa
Aerob rening
Organisk material + syre = koldioxid + vatten + biomassa
• Aktivslamprocessen
• Biofilmsprocesser
– Trickling filter
– MBBR (moving bed biofilm reactor)
– Membran filter
Aktivslamprocessen
Luftad tank
Sedimentering
Utflöde –
renat vatten
Inflöde –
avloppsvatten
Recirkulation av slam
Överskottsslam
Mikroorganismer i aktivslamprocessen
• Heterotrofa (kemoorganotrofa) bakterier
– bryter ner organiskt kol
– Denitrifierare
• Autotrofa (kemolitotrofa) bakterier
– Nitrifierare
– Svaveloxiderare
• Svampar
– bryter ned även svårnedbrytbara kolföreningar
• Protozoer
– äter upp döda bakterier, primär nedbrytare
• Metazoer (flercelliga djur)
Slamegenskaper
Biologisk Kväverening
Nitrifikation: autotrofa, aeroba, långsamväxande, små (0.2-1.0μm)
AOB : Amonium oxiderande bakterier (Nitrosomonas)
NH4+ + O2  NO2NOB : Nitrit oxiderande bakterier (Nitrobacter)
NO2- + O2  NO3-
Denitrifikation: heterotrofa, aeroba men kan “andas” NO2/NO3 under
anoxiska förhållanden. Oftast gram-negativa stavar
NO3-  NO2-  NO  N2O  N2
Biologisk Kväverening
Nitrifikation:
Låg COD/BOD-halt, hög NH4-halt (producerar NO3)
Denitrifikation:
Hög COD/BOD-halt, hög NO3-halt
Avloppsvatten:
Hög COD/BOD-halt, hög NH4-halt, låg NO3-halt
Biologisk kväverening
1. Efterdenitrifikation m. extern kolkälla
C
Aerob
NH4+, C
2. Fördenitrifikation med
recirkulationsflöde
NH4+, C
N2
Anox
Aerob
N2
Anox
Biologisk Fosforrening
• EBPR – Enhanced Biological Phosphorus Removal
VFA
1) Anaerob miljö
2) Aerob miljö
PAO bakterie
PAO bakterie
Poly-P
VFA
PAO = polyphosphate-accumulating bacteria
VFA = volatile fatty acids
Pi
Biologisk Fosforrening
anaerob
aerob
Sed.
deox
Öresundsverket
Slamhantering
• Avvattning
– Filterpress
– Centrifug
• Stabilisering – avdöda patogener
– Kemisk
• kalk
– Biologisk
• Rötning
• Kompostering
• Användningsområden
– Markfyllnad (parker, golfbanor)
– Gödsel/Jordförbättring
– förbränning
• Problem
– Tungmetaller
– Opinionen
Biofilmsprocesser
• Mikroorganismer växer på en yta – bildar en
“film”
• Bakterier i biofilm är skyddade mot giftämnen,
ojämna flöden etc.
• Tar mindre plats än aktivslam reningsverk
• Hög biodiversitet pga hög slamålder
Biofilm
Biofilmsprocesser - Tricklingfilter
Biofilmsprocesser – Moving Bed
Biofilm Reactor
Utflöde
Inflöde
Luftning
Överskottsslam
Anaeroba processer
Org. C  nya celler (5%) + CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S
+
+
+
+
+
-
CH4 = Biogas = Energi
Ingen luftning
Hög kolbelastning
Kan bryta ner svårnedbrytbara substanser
Låg slamproduktion
Långsam och känslig process
Mikroorganismer:
Bakterier dominerar (svampar, protozoer)
Metanproducerande - Arkebakterier
•
•
Obligat anaeroba
Långsamväxande (delningstid 3-50 dagar)
Vattenrening
Vattenrening
• > 2000 kommunala vattenverk
• 1 km3 dricksvatten produceras per år
• Källa
– Ytvatten (ca 200 ytvattenverk)
– Grundvatten
Vattenrening
Syftet är att reducera:
– Patogena mikroorganismer
– Turbiditet
– Smak o Lukt
– Besvärande kemikalier
Vattenburna sjukdomar
• Indikator organismer
– Coliformer
• Patogena protozoer
– Giardia lamblia
– Chryptosporidium parvum
– Entamoeba hystolytica
• Patogena bakterier
– Vibrio cholerae
– Legionella pneumoniae
– Salmonella typhi
• Virus
– poliovirus
Koliformer
Krav på Indikatororganismer
• Finnas i tarmar hos varmblodiga djur
• Inte patogena
• Motståndskraft/Livscykel/Förekomst
som motsvarar patogen
• Detekterbar
Totala/Fekala koliformer
•
•
•
•
•
•
Fakultativt anaeroba
G–
inga sporer
Stavformade
fermenterar laktos under gasbildning inom 48 h i 35C/44 C
Oxidas negativa
Echerichia coli, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter
Koliformer
Detektion av koliformer
– most-probable-number, MPN
– membrane filter, MF
MPN
• Selektiva/Diffrentierande medium
– reagenskit, snabb detektion
Rekomenderade max-halter av Fekala Koliformer:
Dricksvatten: 0 per 100 mL
Badvatten: 200 per 100 mL
Fiske: 1000 per 100 mL
Renat avloppsvatten: 200 per 100 mL
MF
Protozoer: Giardia lamblia
•
•
•
•
Flagellat m. 8 flageller
Parasit (tunntarm, tolvfingertarm)
2 cellkärnor
Livscykel:
– Trophozoites (15m) – vegetativa celler
– Cystor (11m) – resistent mot torka, kemikalier (Cl-)
• Fäster vid slemhinnor med sugskiva
• Orsakar Giardiasis – akut gastroenteritis
• Symptom: diarré, magkramp, illamående,
• gaser, viktminskning
• Detektion: Cystor i avföring, ELISA
Protozoer: Cryptosporidium parvum
•
•
•
•
Coccidier
Små (2-5m)
Parasiter (magsäck, tarmar)
Livscykel (asexuell/sexuell):
– Merogoni: vegetativ förökning, i värdcell
– Gamogoni: produktion av 2 sorters könsceller, i värdcell
– Sporogoni: sporproduktion, i värdcell eller utanför värdcell
• Oocystor (4 sporer), resistenta mot klorin
• Symptom – mild diarré
• Diagnos: oocystor i avföring
Protozoer: Entamoeba histolytica
• Anaerob amöba
• Parasit: Växer på och i tarm slemhinnan
• Livscykel:
– trophozoiter (i värdceller)
– cystor
• Ofta asymptomatisk
• Kan orsaka amöba-dysenteri
bryter ner vävnad
 blodomloppet  lever, lungor, hjärna
Bakterier: Vibrio cholerae
• G-, svängd stav
• Orsakar kolera (Afrika, Sydostasien, Indien, Central- o
Sydamerika)
•
•
•
•
Elimineras helt i avloppsrening/vattenrening
Infektionsdos 108-109 bakterier (känslig mot magsyra)
Fäster vid slemhinna i tunntarmen, utsöndrar enterotoxin
Symptom: Diarré  Dehydrering  60% dör utan
behandling, 1% dör med behandling
• Behandling: Antibiotika + Vätskeersättning
Bakterier: Legionella pneumophila
•
•
•
•
•
•
•
•
G-, tunn stav, höga näringskrav (Fe)
Relativt resistent mot värme och klor
Sprids via aerosoler
Elimineras m. chock klorering el. >63°C
Asymptomatiska infektioner/ Pontiac feber
Sällsynta fall  lunginflammation
Detektion: antigen i urin, prov från luftrör
Behandling: Rifampin, erythromycin
Bakterier: Salmonella typhi
• G-, kort stav, flageller
• Orsakar tyfoidfeber: hög feber, diarré, svettningar,
sårbildning i tarmar
• Detektion: Blod-/Avföringsprov
• Behandlas med antibiotika (<1% dödlighet)
Virus
• Virus förekommer i avloppsvatten
• Elimineras i vattenrening, klorkänsliga
• Enterovirus (RNA-virus, finns i tarmar)
– Poliovirus
– Norwalk virus
– Hepatit A virus
Sammanfattning
• Biologisk avloppsrening använder
bakterier för att avlägsna kolföreningar
(COD, BOD) samt även kväve och fosfor
• Vattenrening är oftast inte biologisk (utan
mekanisk och kemisk)
• Patogener kan spridas med vatten och
orsaka sjukdomar. Motverkas med
avloppsrening och vattenrening