2040 ska Europas avloppsreningsverk vara utrustade med teknik som kan rena vattnet från läkemedelsrester, biocider och andra mikroföroreningar. Vanliga metoder är kolfilter eller ozon. Kemisk Tidskrift går på djupet i kolfiltren för att se vad som händer där.
Dagens avloppsvattenrening är byggd för att förhindra syrebrist och övergödning i hav, sjöar och vattendrag. Med framtidens rening ska även svårnedbrytbara, persistenta, ämnen avskiljas eller i alla fall oskadliggöras. Det handlar om läkemedelsrester, hormoner, biocider och andra ämnen som finns i mycket låga koncentrationer, inte sällan några enstaka nanogram per liter.
Ämnena, som räknas i tusental, benämns ofta som organiska mikroföroreningar och har i studie efter studie uppvisat skadliga effekter på både växt- och djurliv. Konsekvenserna för människors hälsa kan vara svårare att bedöma, men det finns goda skäl att skydda våra dricksvattenresurser genom att avskilja de oönskade föreningarna vid avloppsreningsverken.
De vanligaste teknikerna för att avskilja organiska mikroföroreningar i vatten är adsorption till aktivt kol eller oxidation med ozon. Det är välkända processer som nu får en ny tillämpning när de ska anpassas för avloppsvatten.
Ett avloppsvatten är fullt av inte bara organiska mikroföroreningar utan också av andra ämnen, organiska och oorganiska, kända och okända. De organiska mikroföroreningarna utgör bara en bråkdel av de organiska ämnen som finns i vattnet. När vi vill adsorbera någon av dem, exempelvis PFAS, till kol adsorberar vi samtidigt allt annat som låter sig adsorberas. När vi vill oxidera det smärtstillande ämnet diklofenak oxiderar vi också allt annat som kan oxideras.
För att bestämma kapaciteten på ett kolfilter eller storleken på en ozongenerator måste därför den totala mängden organiskt material i vattnet beaktas.
Det är ett pragmatiskt men trubbigt angreppssätt eftersom vi därmed inte utformar reningsprocessen direkt för de ämnen som ska avskiljas, utan indirekt utifrån alla organiska ämnen som finns i vattnet och som konkurrerar om adsorptionsplatser och förbrukar ozon.
Framställning av aktivt kol och generering av ozon är energikrävande processer som kräver plats på våra reningsverk. Det finns därför pengar, yta och energi att spara om vi lär oss mer om hur processerna bör utformas.
Vi vet att kolfilter fungerar men kunskapen är begränsad om vad som händer i dem. Forskare vid Lunds universitet och Högskolan i Kristianstad har därför bokstavligen gått på djupet i ett filter och vid olika tidpunkter under ett år hämtat granulerat aktivt kol på olika djup. Därefter har de adsorberade ämnena utvunnits från kolet med hjälp av en metod baserad på ultraljudsteknik och kemisk analys. På så sätt går det att beskriva vilka ämnen som fastnat var i filtret och vid vilken tidpunkt.
De ämnen som klarar sig sämst i konkurrensen om adsorptionsplatserna (till exempel PFOS och antibiotikan sulfametoxazol) tenderar att lättare passera genom filtret, medan andra ämnen som framstår som vinnare i konkurrensen (till exempel betablockeraren metoprolol och antibiotikan trimetoprim) kan kosta på sig ett ganska långsamt segertåg ner genom filtret.
Förlorarna trycks ner genom filtret och hittar kanske inga adsorptionsplatser vilket, förr eller senare, betyder att de kommer att följa med vattnet ut genom filtret.
Det historiska pusslet ger också möjligheter att kartlägga mer oväntade händelser. Granuler från en viss tidpunkt visade sig innehålla förhållandevis höga halter av neonikotinoiden imidakloprid som används för insektsbekämpning. Ämnet har bidragit till att Europas bipopulation minskat och är numera förbjudet för användning utomhus. Metoden kunde visa att det förekommit ett utsläpp av detta någonstans i avloppsreningsverkets upptagningsområde flera månader tidigare.
Andra ämnen fanns inte alls eller i betydligt lägre koncentration än de förväntade. En möjlighet är att de inte har adsorberats, men om de inte heller hittas i vattnet som lämnar filtret måste det finnas en annan förklaring.
Det finns några ämnen som är särskilt intressanta i sammanhanget och som kan fungera som referenspunkter.
…
Här tog det tyvärr slut… Hela den här artikeln kan läsas i Kemisk Tidskrift nr 2 2023. Kemisk Tidskrift skickas ut till medlemmar i Svenska Kemisamfundet.
Läs mer om medlemskapet här: Medlemskap – Svenska Kemisamfundet
Text: Michael Cimbritz vid Institutionen för kemiteknik, Lunds universitet