Methane formation in sewer systems

Background

IPCC (2006) stated that “wastewater in closed underground sewers is not believed to be a significant source of CH₄”. However, in 2008, Guisasola et al. (Water Research 42:6-7, 1421-1430, 2008) observed in field measurements that there was a potential of methane emissions from a sewer system in Queensland, Australia, which equalled to 15–65% of the CO₂ emission due to energy consumption for the treatment of the wastewater. Since Guisasola et al. (2008) published their results some more work has been done on dissolved methane in rising main sewers in Australia (e.g. Foley et al. in Water Science & Technology 60:1, 2963-2971) and on measuring methane in the gas phase at pumping station fed by gravity sewers in Georgia, USA (Global Water Research Coalition, Report 2011-29). Methane formation in sewer system seems still be a much unexplored subject.     

VA SYD is a statutory joint authority operating the water and wastewater works in the municipalities of Malmö, Lund, Burlöv and Eslöv. The authority is working with determining its carbon footprint. Some work has been done on wastewater treatment (Gustavsson et al. 2011), and now the impact of the methane formation in the sewer system will be investigated. The novelty of this master thesis is very high and it will hopefully help the water business to decrease its impact on global warming.    

Aim

The aim of this master thesis is to develop a procedure for reliable measurement of methane in wastewater in order to investigate the methane content in the wastewater in the sewer system (pressurised and gravity sewers, downstream industries etc) and at the head of the wastewater treatment plant in Malmö. The total methane emissions from the sewer system in Malmö shall be estimated and solutions for decreasing the emissions shall be discussed.

Method

A method for sampling, storage and analyses of methane in wastewater will be developed. Grab samples of wastewater will be analysed for methane content at several point and occasions where the probability of methane formation is thought to be high. A geographical information system (GIS) and general knowledge about the sewer system in Malmö will be used to find the most interesting spots.

Examiner

Associate professor: Karin Jönsson, Lund University.

Supervisors

Supervisor: Professor Jes la Cour Jansen, Lund University. Co-supervisors: David Gustavsson, VA SYD, and Tomas Wolf, VA SYD.

Time period

February 2012 – June 2012

 Interested?

Send an e-mail with a few words about you, your educational background and why you are interested in this master thesis project to David Gustavsson at VA SYD.

Lena analyserade de olika involverade aktörernas roller (myndigheter, kommuner och VA-verken). Hon kom fram till att det saknas väldefinierade och översiktliga mål, strategier och lagar för vattenförsörjningen, att de olika aktörernas roller är oklara, att informationsflödena mellan aktörer inte fungerar och att moldaverna känner sig beroende av internationell hjälp.

Titeln på exjobbet är Opportunities for change in the water supply system of Chişinău,Moldova– A case study on actor behavior for a sustainable water supply system management in a transition economy.

Jag blev lite såld på angreppssättet att använda Meadows “traps and opportunities”, vilka är ”Policy Resistance”, “The Tragedy of the Commons”, ”Drift to Low Performance”, ‘Escalation’, “Success to the Successful”, “Shifting the Burden to the Intervenor”, “Rule Beating”, och “Seeking the Wrong Goal”, i systemanalyser. Jag har i alla fall beställt boken!

VA SYD tar klimatfrågan på allvar med bland annat energieffektiviseringsåtgärder, resurshushållning, matavfallsinsamling och biogasproduktion, men vi försöker också ta reda på vårt koldioxidfotavtryck. På NORDIWA-konferensen i Helsingfors i november (nytt fönster) kommer jag att hålla ett föredrag kallat ”An inventory of the carbon footprint of a municipal wastewater treatment plant”.

Tre dagar i Stockholm för möte med eWaste-gruppen och Elicit för att göra ett ordentligt avstamp i eWasteprojektet är nu till ända. En sammanfattning och genomgång av vad vi har erhållit för produkt, vad vi har beställt och vad vi idag egentligen vill ha genomförde vi under dessa dagar. Det har tagit många år för att komma dit vi är idag, vilket kan bero på att vi är fem olika organisationer med lite olika arbetssätt, olika överordnade styrsystem, olika databaser och olika akuta behov. Dessutom har vi, beställarorganisationerna, tappat personal som har jobbat aktivt i projektet, men även leverantörer och deras anställda har bytts ut. Vi hoppas dock att vårt arbete kommer att utmynna i en produkt/arbetssätt som även fler VA-organisationer kan dra nytta av. Kanske är VA-mässan, någon gång i framtiden, ett lämpligt forum att presentera eWaste på? Vi känner återigen att vi är nära en bra produktanpassning. Jag hoppas att vi i början av 2012 kan börja visa eWaste även för andra organisationer.

Det är oerhört inspirerande och kul att få möta så många processingenjörer vid eWaste-möten. Veckans möte har varit mycket givande och höstens preliminära handlings- och tidplaner ser lovande ut.

Vi söker nu en exjobbare, som kan vidareutveckla konceptet i Modin et al. (2011) (nytt fönster) med försök på Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö (nytt fönster) med riktigt avloppsvatten och rejektvatten under hösten 2011. På just Sjölunda har vi en rejektvattenbehandling med enbart nitritation där det går åt mycket natriumhydroxid (nytt fönster). Oskar Modin kommer att vara handledare och jag kommer att vara biträdande handledare. Se hela exjobbsförslaget genom att klicka på denna länk. 

Vill man läsa mer om mikrobiella bränsleceller rekommenderas Logan et al. (2006) (nytt fönster).

Rötkammarna på Spildevandscenter Avedøre är rätt snygga.

I tisdags och igår deltog jag och Disa Sandström (processingenjör på Sjölunda ARV) på PING-mötet på Spildevandscenter Avedøre i Köpenhamn. PING är ett nätverk för processingenjörerna vid de stora avloppsreningsverken i Norden och vi träffas årligen. Förra årets möte på Gryaab kan man också läsa om här på bloggen.

I år var vi 16 förmågor som ville utbyta erfarenheter gällande avloppsvattenrening. Thomas Guildal, processingenjör på Spildevandscenter Avedøre, var vår värd. Tio kommuner är påkopplade till reningsverket i Avedøre och idag är belastningen 240 000 personekvivalenter (pe) men verket är dimensionerat för 345 000 pe. Thomas bjöd på en rundvisning av verket, som har den i Danmark så vanliga Krügerbyggda Biodenitro-konfigurationen (nytt fönster) med ytluftare. Dessutom har man en egen slamförbrännings-anläggning. Askan deponerar man på reningsverksområdet, men en del körs till Tyskland där ett företag utvinner fosforn. En regnvädersbassäng på 45 000 m³ precis framför besökscentret är också något etsar sig fast i minnet när man har besökt Avedøre.

Thomas Guildal visade oss runt på verket.

Det är alltid lika spännande och höra vad de andra verken i nätverket har hittat på under det senaste året eller vad som är på gång. Lite kort så redovisade Gryaab (nytt fönster) en studie om fördelaktig inblandning av biologiskt överskottslam i primärslammet i försedimenteringsbassängerna och sina resultat från modellering av vattenreningsprocesserna med fokus på kvävereningen. I Helsingfors har HSY Water (nytt fönster) jobbat med optimering av avvattningen med centrifuger genom att snarare fokusera på TS-belastning än hydraulisk kapacitet, men också genom att studera SS-halten i rejektvattnet. David Cecil från Odense (Vandscenter Syd (nytt fönster)) delgav sina mycket observanta erfarenheter gällande jonselektiva ammoniumelektroder.  Dines Thornberg från Udviklingssamarbejdet (nytt fönster) berättade om vad vilka projekt som de driver och deltar i för tillfället. Udviklingssamarbejdet är ett samarbete mellan Spildevandscentret Avedøre, Lynettefællesskabet (nytt fönster) och Köpenhamns Energi gällande avloppsvattenrening och avloppsvattenledningsnät.

Jag höll ett något diskuterande föredrag om koldioxidfotavtrycket för driften av ett avloppsreningsverk. Vi håller på med en artikel kallad ”An inventory of the carbon footprint of a municipal wastewater treatment plant” som jag ska presentera muntligen på NORDIWA-konferensen i Helsingfors i november i år (nytt fönster). Jag kommer att berätta mer om detta arbete framöver.

Vi åkte alla hem en bunt med nya inspirerande idéer att testa eller utreda på våra respektive avloppsreningsverk. Nästa år står Käppalaförbundet (nytt fönster) som värd för mötet.

Men kanske är effektiv utspädning av det renade avloppsvattnet något man skulle kunna titta på även i Sverige?

En kanske inte så långsökt parallell är att Carbon, Capture and Storage (CCS)-tekniken (nytt fönster) för att lagra koldioxid i underjorden inte bör användas för att lagra koldioxid från fossileldande kraftverk, de måste vi ju lägga ned. Dock behöver vi förmodligen ändå tekniken för att lagra koldioxid från de biobränsleeldande kraftverken för att minska den redan för höga koldioxidhalten i atmosfären.  Kommer vi se stora avloppsreningsverk som är kopplade CCS-anläggningar? Eller ska vi bara producera fordonsgas av vår biogas? IPCC (2006) (nytt fönster) räknar i a f med att avloppsvattens COD är förnybar. Det stämmer inte helt (nytt fönster), men hur stor är andelen fossilbaserad COD i svart- och gråvatten normalt?

Som det går att läsa i dokumentet ”VA-samverkan mellan Eslöv och VA SYD” (nytt fönster) är VA SYDs vision att öka helhetstänkandet i regionens VA-försörjning, att vara en effektiv organisation, att vara en attraktiv arbetsplats, att bli starkare i relationerna till omvärlden, att synliggöra VA-frågorna och att vara med och leda utvecklingen.

Man kan tänka sig att framtidens VA SYD omfattar kommunerna i Samverkan i Skåne Sydväst (nytt fönster), vilket inte är samma ägarkommuner som ingår i det regionala avfallsbolaget SYSAV (nytt fönster). I nordvästra Skåne är NSVA den stora VA-organisationen och i nordost finns det ngt som kallas VA-samverkan Skåne Nordost (nytt fönster).

Tidskriften Cirkulation skrev ifjol om den nya VA-kartan i Skåne (nytt fönster).

  

Avloppsvattnets sammansättning beror till stor del av människans kostvanor. Under perioden 1980-2007 har köttkonsumtionen i Sverige per person och år ökat med 29 % (nytt fönster), vilket har bidragit till att proteinkonsumtionen under perioden 1980-2005 har ökat från 87 g/person*d år till 102 g/person*d (nytt fönster). Proteiner består till ca 16 % av kväve. Om man räknar med att det går åt 5 kWh och 3,5 kg extern COD för att avskilja 1 kg kväve och varierar COD-priset mellan 2-6 kr/kg COD (nytt fönster), så kostar den ökade proteinkonsumtionen för ett verk med 300 000 personer anslutna (samma storleksordning som Sjölunda avloppsreningsverk i Malmö) mellan 3,2-6,8 miljoner kronor per år.

Troligen är det dock värre att köttproduktionen står för 18% av alla växthusgasutsläpp enligt FN-organet FAO (nytt fönster). Vi ser på reningsverken idag att kvävebelastningen per personekvivalent ökar (nytt fönster), men personligen går jag naturligtvis runt och hoppas att vi snart ska upptäcka att den börjar minska!