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. 10 liter för dryck och mat 35 liter för WC-spolning 35 liter för disk 25 liter för tvätt 65 liter för personlig hygien 10 liter för övrig användning 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 N begränsande i hav, P begränsande i insjöar, båda i bräckt vatten

Algblomning Cyanobakterier (blågröna alger) Naturliga på vår o höst men blir kraftigare pga av riklig tillgång på N o P Vissa alger producerar nervgifter Sedimenterar till botten, syrebrist, frisläpper gifter, bottendöd, fiskdöd

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 Sequencing batch reactor Astra som exempel

Mekanisk rening

Grovt galler (Mojo Tannery Etiopien) Galler (Henriksdal)  Sandfilter (Henriksdal) Tar bort partiklar

Kemisk rening

Kemisk rening Flockulerande kemikalier tillsätts Syfte 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 Fördel anaerob process: mindre slam, bra för avlopp m höga halter COD, BOD Nackdel anaerob: känslig för pH och gifter

Aerob rening Aktivslamprocessen Biofilmsprocesser Trickling filter Organisk material + syre = koldioxid + vatten + biomassa Aktivslamprocessen Biofilmsprocesser Trickling filter MBBR (moving bed biofilm reactor) Membran filter

Aktivslamprocessen Inflöde – avloppsvatten Luftad tank Sedimentering Utflöde – renat vatten 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) Heterotrof = kolkääla organiskt kol. Obtains energy from the consumption of organic molecules and an organic form of carbon Litoautotrof = autotrophs which use inorganic carbon dioxide or bicarbonate as sole carbon source. Litotroph is an organism which uses an inorganic substrate (usually of mineral origin) to obtain reducing equivalents for use in biosynthesis (e.g. carbon dioxide fixation)

Slamegenskaper Flockbildning => sedimenterbarhet Bakterier utsöndrar extracellulära polymera substanser – håller samman flockarna Protozoer äter frisimmande bakterier = bra för de kan ändå inte sedimenteras Filamentösa bakterier tex microtrix parvicella – inte bra för slammet – gör flockarna för lösa så de inte sedimenteras Microtrix gynnas av hög slamålder – det gör även nitrifierande bakterier => problem!

Biologisk Kväverening Nitrifikation: autotrofa, aeroba, långsamväxande, små (0.2-1.0μm) AOB : Amonium oxiderande bakterier (Nitrosomonas) NH4+ + O2  NO2- NOB : 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 Aerob Anox NH4+, C N2 C 1. Efterdenitrifikation m. extern kolkälla N2 Anox Aerob NH4+, C 2. Fördenitrifikation med recirkulationsflöde

Biologisk Fosforrening EBPR – Enhanced Biological Phosphorus Removal VFA Poly-P Pi PAO bakterie 1) Anaerob miljö 2) Aerob miljö Inte o2 inte NO2 NO3 etc Normala bakterier 1-2% P I cell men PAO 5-7% Ingen enskild organism isolerad PAO = polyphosphate-accumulating bacteria VFA = volatile fatty acids

Biologisk Fosforrening aerob Sed. anaerob deox Öresundsverket

Slamhantering Avvattning Stabilisering – avdöda patogener Filterpress Centrifug Stabilisering – avdöda patogener Kemisk kalk Biologisk Rötning Kompostering Användningsområden Markfyllnad (parker, golfbanor) Gödsel/Jordförbättring förbränning Problem Tungmetaller Opinionen Varför – dyrt transportera vatten. Vattnet som tas bort återinförs I reningsverket

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 Bakterier, EPS, Svampar, Protozoer

Biofilmsprocesser - Tricklingfilter Omodernt Sätter igen Stor specifik yta

Biofilmsprocesser – Moving Bed Biofilm Reactor Utflöde Inflöde Luftning Överskottsslam

Org. C  nya celler (5%) + CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S 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

Polymerer negativt laddade/ ALUM aluminiumsulfat Klorering : klorgas/hypoklorit – dödar mikroorg. Dessutom tillsätts överskott ledningsnätet. Klor reagerar m org material och oxiderar o neutraliserar dessa dvs konsumeras I ledningarna Finns vissa vattenverk med viss biologisk rening I sk långsamfilter = sandfilter m. biofilm

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 Totala/Fekala koliformer 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 10 TC = 1 FC

Koliformer Detektion av koliformer most-probable-number, MPN membrane filter, MF Selektiva/Diffrentierande medium reagenskit, snabb detektion MPN MF 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 10 TC = 1 FC

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 Flageller Protozo=eukaryot Finns I leningrads vattenreningsverk Illaluktande, ibland inga symptom alls ELIZA enzyme-linked immunosorbent assay Gastroenteritis=maginfluensa Behandlas med medicin

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 Behandlas inte med medicin – finns inte Farlig för de med nedsatt immunförsvar (HIV, småbarn, gamlingar) I normalfallet infekteras värden genom upptagandet av cystor som delar sig och producerar de sporozoiter som tar sig in i värdcellerna. När cellen spricker sprids merozoiter som infekterar nya celler. Processen kan upprepas flera gånger innan till slut gamonter (moderceller) bildas som skapar gameter (könsceller) som till slut bildar nya cystor. Detta är dock bara ett grundmönster, variationerna är många och många apicomplexa har mer än en värd.

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 50 million people are infected with the parasite worldwide

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 Pontiac feber går över på 2-5 dagar utan behandling, hosta, halsont, huvudvärk, feber

Bakterier: Salmonella typhi G-, kort stav, flageller Orsakar tyfoidfeber: hög feber, diarré, svettningar, sårbildning i tarmar Detektion: Blod-/Avföringsprov Behandlas med antibiotika (<1% dödlighet) Utrotad i i-länder

Virus Virus förekommer i avloppsvatten Elimineras i vattenrening, klorkänsliga Enterovirus (RNA-virus, finns i tarmar) Poliovirus Norwalk virus Hepatit A virus Polio – barnförlamning, 90% av infektioner asymptomatisk Finns vaccin sen 50-talet Norovirus, an RNA virus of the Caliciviridae taxonomic family, causes approximately 90% of epidemic non-bacterial outbreaks of gastroenteritis around the world,[1][2] and is responsible for 50% of all foodborne outbreaks of gastroenteritis in the US.[3] Norovirus affects people of all ages. The viruses are transmitted by faecally contaminated food or water and by person-to-person contact.[4

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