Sludge biochar as an adsorbent for pharmaceutical residues in wastewater

Sammanfattning

Den svenska avloppsvattenreningsprocessen består av flera olika steg som utnyttjar mekanisk, kemisk och biologisk rening för att avlägsna så mycket av ohälsosamma ämnen och organismer som möjligt från vattenomloppet. Avloppsvattenreningsprocesserna i Sverige saknar specifika reningsmetoder för vissa typer av organiskt material, såsom läkemedelsrester. Dessa mikroföroreningar bryts enbart delvis ned på avloppsreningsverken alternativt fångas upp i avloppsslam, som ofta används inom jordbruket som gödsel. På så sätt når miljöfarliga ämnen ekosystem och kan påverka organismer på negativa sätt. Mikroföroreningarna följer även med det utgående dricksvattnet, vilket innebär att kemikalierna kommer tillbaka till oss konsumenter. Därför finns det behov av att utöka avloppsreningen. Att använda aktivt kol är en effektiv metod för att rensa ut organiska föreningar då kolet har en utökad ytarea som bidrar till en ökad mängd av adsorptionsplatser som effektiviserar inbindningen av miljöfarliga ämnen. En negativ aspekt av att använda aktivt kol som reningsmetod är att källan som används för att producera det oftast är fossil. Genom att använda avloppsvattenslam för att producera aktiverat slambiokol återanvänds en icke-fossil källa för att förbättra livskvalitén för människor likväl som för andra organismer som påverkas av spridningen av kemikalier från avloppsvatten. Om slam används som källa till aktiverat biokol i avloppsvattenrening skulle det inte endast begränsa spridningen av kemikalier ut i miljön utan även minska klimatpåverkan från avloppsrening och bidra till en cirkulär ekonomi i resursanvändningen. Filter med aktiverat slambiokol kan implementeras i reningsprocessen för att ta bort organiska föroreningar från avloppsvatten. På så sätt adsorberas kemikalierna och tas bort från avloppsvattenflödet, vilket minimerar deras påverkan på miljö och liv. Att utnyttja restprodukt som avloppsvattenslam kan även vara till fördel för ekonomin då det kan minimera kostnaderna, både ur produktionsperspektiv likväl som transport. Därför är rening med aktivt slambiokol en metod som är värd att utforska. Dessutom är en uppdatering av direktivet kring avloppsvattenrening och hantering av läkemedelsrester på EU:s agenda och förväntas tillämpas under de närmsta åren. Därav finns det ett verkligt behov av att utveckla avloppsvattenrening, specifikt rening av läkemedelsrester. Användningen av aktivt kommersiellt kol är ett alternativ men för klimatet och ekonomins skull är slambiokol ett desto mer lockande alternativ. I den här undersökningen var biokol, framtaget från avloppsvattenslam från 4 olika reningsverk, aktiverat genom pyrolys med olika förhållanden för att undersöka adsorptionsförmågan hos olika slambiokolspartiklar och finna de mest optimala förhållanden. Olika aktiveringstemperaturer (700, 800, 900 ˚C) och olika aktiveringstider (15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h) testades i en rad kombinationer för att kunna dra slutsatser om vilka förhållanden som ger högst aktiveringsgrad. För att mäta aktiveringsgraden mättes adsorptionen av olika organiska ämnen och nivån på adsorptionen kopplades direkt till graden av aktivering, en högre adsorbans tydde på att aktiveringen var av en högre grad. Adsorptionen av organiska föreningar mättes med UV-absorption och radioaktivitet från 14C-isotoper. I experimenten visade det sig att mindre partikelstorlekar, <0.425 mm, nådde en högre aktiverings-grad. En aktivering på högre temperaturer, 800–900 ˚C, behövde en kortare aktiverings-tid för att nå högre grader enligt adsorptionstesten via UV-absorbansen. Aktivering med lägre temperatur, 700 ˚C, krävde en längre tid för att nå samma nivå. Från absorptions-experimenten som gjordes under examensarbetet gav resultaten en kombination av aktiveringstemperatur och tid som uppnådde den mest optimala aktiveringen av de som undersöktes. Resultaten visade att en aktivering på 800 ˚C i 30 minuter bidrog till mest ökad adsorption av organiskt material. Även vid test med radioaktivt märkta kemikalier påvisades slambiokolet (800 ˚C, 30 min) ha den högsta adsorptionen. Undersökningen resulterade i lovande resultat men utvecklingspotential finns ännu kvar för att finna aktivt slambiokol vars adsorptionsförmåga är mer lik det kommersiella kolet. Fördelarna med att utnyttja restprodukten avloppsvattenslam motiverar en fortsatt utveckling av aktivt slambiokol.