Denne artikkelen er produsert og finansiert av OsloMet – storbyuniversitetet - les mer.
Bakteriekulturer vokser som biofilm på små plastbrikker som legges ut i bassengene. Biofilmbærerne i Hias-prosessen er spesialdesignet for biologisk fosforfjerning.(Foto: Hias)
Bakterier kan rense skittent avløpsvann
Matematikk, bakterier og tingenes internett kan bidra til miljøvennlig rensing av forurenset avløpsvann.
Forurenset avløpsvann truer fiskebestanden og naturlivet i innsjøer og fjorder.
En ny norskutviklet rensemetode med bakterier som spiser fosfor og nitrogen, kan gjøre avløpsvannet renere på en miljøvennlig måte, slik at fisken overlever, og du ikke blir syk når du bader i vannet. Metoden har fått navnet Hias-prosessen.
Karbon i vannet utnyttes effektivt for å drive prosessen.
Den nye metoden trenger mindre plass enn de tradisjonelle vannrensemetodene og krever mye mindre kjemikalier for å fjerne fosfor og nitrogen.
Det trengs også mindre energi, da det ikke er noe spyling av filtre eller resirkulering av slam og mindre renhold av bassenger.
Den nye metoden gjør det også lettere å gjenvinne fosfor, som igjen kan brukes som gjødsel.
Virtuelle sensorer varsler forurensing
For å gjøre renseprosessen så effektiv som mulig må den reguleres etter hvor mye nitrogen og fosfor det er i vannet, og det varierer mye gjennom døgnet.
Sensorer kan registrere hvor forurenset vannet er, men de blir fort møkkete i det skitne vannet, og de krever dyrt vedlikehold.
Løsningen kan være å klare seg med færre fysiske sensorer og la matematiske modeller beregne konsentrasjonene av fosfor og nitrogen. Dette kalles virtuelle sensorer.
Ved hjelp av et begrenset antall målinger med fysiske sensorer kan de beregne hvor mye fosfor, karbon og nitrogen det er i vannet i hvert basseng til enhver tid.
OsloMet skal sammen med teknologiselskapene Hias How2O og Digitread Connect utvikle virtuelle sensorer og en plattform for det som kalles tingenes internett (IIoT) som kan gjøre det mulig å styre renseprosessen mer effektivt.
Tingenes internett innebærer at de fysiske sensorene kobles sammen og kan kommunisere.
Utvikler virtuelle sensorer
Vann- og avløpsselskapet Hias IKS i Hamar-området, som har patentert og installert den nye vannrenseprosessen, skal så teste prosessen med virtuelle sensorer som forskere ved OsloMet er med på å utvikle.
Professor Tiina Komulainen ved Institutt for maskin, elektronikk og kjemi leder prosjektet ved universitetet.
Sammen med kollegaene Arvind Keprate, Rafael Borrajo og Simen Antonsen arbeider hun med forskjellige modelleringsmetoder, mens Olga Korostynska, Per Ola Rønning og Alex Alcocer arbeider med sensorteknologi.
– Først prøver vi ut hvilke fysiske sensorer som er best til å måle hvor mye karbon, fosfor og nitrogen det er i avløpsvannet, forteller Komulainen.
Annonse
– Så bruker vi de fysiske sensorene sammen med virtuelle sensorer til å forutsi hvor mye karbon, fosfat og nitrogen det er i vannet i hvert basseng. Da kan dette brukes til styring av renseprosessen.
Professor Tiina Komulainen ved OsloMet leder prosjektet ved universitetet.(Foto: Benjamin A. Ward / OsloMet)
Sparer kostnader
– Det hadde blitt veldig dyrt å ha for eksempel tre sensorer per basseng hvis du har ti basseng med avløpsvann, som Hias har, sier hun.
Hun forklarer videre at når de bruker fysiske sensorer i skittent avløpsvann, får de ofte belegg og begynner å fungere dårligere. Og jo flere sensorer du har i avløpsvannet, jo mer vedlikeholdsarbeid blir det. Og jo flere sensorer du må bytte ut, jo dyrere blir det.
– Om du kan erstatte en del av de fysiske sensorene med matematiske modeller, det vil si virtuelle sensorer, har vi spart mye penger, sier Komulainen.
– Og vi ønsker å styre prosessen mer energieffektivt når det ikke kommer inn så mye forurensning i vannet.
Hun forklarer at belastningen av fosfor, nitrogen og karbon ikke er den samme hele døgnet, da de tilkoblede industrielle anleggene, for eksempel slakteri, kun er i drift i arbeidstiden, og avløpsvannmengden fra lokalbefolkningen er redusert om natten.
Basseng på Hias hvor det gjøres biologisk rensing.(Foto: Hias)
Viktig å fjerne fosfor og nitrogen
Og det er særlig viktig å fjerne fosfor og nitrogen fra avløpsvannet før det slippes ut.
Økning i nitrogen og fosfor i elver, innsjøer eller fjorder, øker algevekst og reduserer forekomsten og mengden av bunndyr i området. Dette gir veldig dårlige levekår for fisk.
I Oslofjorden er for eksempel vannmiljøet allerede truet ifølge en rapport fra NIVA og Havforskningsinstituttet.
I Hias-prosessen vokser forskjellige bakteriekulturer som biofilm på små plastbrikker i bassengene.
Annonse
I noen av bassengene røres det rundt i vannet for å fordele dele biofilmbrikkene jevnt, mens i andre basseng tilføres det luft for at prosessen skal fungere ordentlig. Biofilmkubene sirkulerer rundt i bassengene med avløpsvannet.
De nye metodene for overvåking og styring
Matematisk modellering beskriver en situasjon i virkeligheten med matematiske ligninger. Dette brukes for å modellere industrielle prosesser, trafikkforløp, forurensning og annet.
Virtuelle sensorer er basert på indirekte målinger og en matematisk modell. Virtuelle sensorer er avhengige av at den matematiske modellen stemmer med prosessen og tilgang til pålitelige data.
Industriell tingenes internett (IIoT) er sensorer, instrumenter og andre enheter koblet sammen med industrielle applikasjoner i datamaskiner, for eksempel produksjon og energistyring.
Skjerpede krav til rensing
Forskrift om begrensning av forurensning skjerper kravene om rensing av avløpsvann i årene framover. Dermed må det bygges mange nye vannrenseanlegg, og flere av de eksisterende må øke kapasiteten.
Hias How2O tilbyr den nye løsningen til andre avløpsselskap. Bidraget fra OsloMet, Digitread Connect og Hias IKS kan medvirke til å utvikle og forbedre løsningen, øke konkurransekraften og skape nye arbeidsplasser.
Prosjektet OsloMet tar del i, er finansiert av Regionalt forskningsfond (RFF) Innlandet i perioden fra 1. oktober 2022 til 30. september 2023.
Lær mer om Hias-prosessen i videoen her.
Hias-prosessen
Hias-prosessen er en biofilmbasert renseprosess som fjerner fosfor og nitrogen ved hjelp av forskjellige mikro-organismer som vokser i biofilm. Karbon i avløpsvannet utnyttes effektivt for å drive prosessen og eliminerer nærmest behovet for bruk av fellingskjemikalier for å fjerne fosfor, og reduserer behovet for innkjøpte karbonkilder for nitrogenfjerning.
Hias-prosessen legger godt til rette for gjenvinning av fosfor, og reell gjenvinningsgrad er over 95 prosent under norske forhold.
