Monitorering og minimering af lattergasemission fra renseanlæg Rapportering om opnåede resultater og målopfyldelse Sammenfatning ved Peter Andreasen, DHI QA af samlerapporten er udført af Ditte Krogh Bak lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 i
INDHOLDSFORTEGNELSE 1 Indledning... 1 2 Projektets formål... 2 3 Projektets udførelse og resultater... 3 3.1 Fase 1 - Målinger på fuldskala anlæg samt afprøvning af metode til estimering af emission... 3 3.1.1 Metode til kortlægning af områder med lattergasemission... 3 3.1.2 Afprøvning af metoder til måling af N 2 O i pilotskala-renseanlæg... 7 3.1.3 Udvikling af N 2 O elektroden... 10 3.1.4 Målopfyldelse for fase 1... 10 3.2 Fase 2 - Anvendelse af måleudstyret til bestemmelse af N 2 O emission og beregning af størrelsen... 10 3.2.1 Online målinger på fuldskala-anlæg... 11 3.2.2 Fuldskala-målinger af emission for bundbeluftet tank og sammenligning med modelberegninger ved brug af N 2 O elektrode... 13 3.2.3 Emissionsberegning fra overfladebeluftet anlæg... 17 3.2.4 N 2 O emission fra biofiltrene... 18 3.3 Opgørelse af emissionsmængder fra bund- og overfladebeluftede renseanlæg... 20 3.4 Sammenligning af recirkulations anlæg med alternerende anlæg og anlægs belastning... 21 3.5 Opfyldelse af milepæle for fase 2... 21 3.6 Fase 3 - Implementering af N 2 O reduktion ved styringsændringer, vurdering af kommercielt potentiale og publicering af resultater... 22 3.6.1 Sammenligning af emission fra overfladebeluftede og bundbeluftede renseanlæg... 22 3.6.2 N 2 O målinger som input til styringer... 23 3.7 Opfyldelse af milepæle for fase 3... 24 4 Referencer... 25 lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 ii
1 Indledning Lattergas (N 2 O) er en kraftig drivhusgas, som er omkring 300 gange stærkere end CO 2. N 2 O mindsker desuden Jordens ozonlag. Lattergas indgår i det danske CO 2 -regnskab og udgør ca. 10 % af den samlede danske udledning af drivhusgasser /1/. Biologiske renseanlæg har i stort omfang kvælstoffjernelse, som kan resultere i dannelse af N 2 O. Både nitrifikation og denitrifikation vil udvikle N 2 O i varierende omfang. Det er uden for projektets formål at gøre rede for den bakterielle dannelse af N 2 O. Viden om og målinger af danske renseanlægs produktion er begrænset. Forsyningsselskaber publicerer i nogle tilfælde CO 2 -opgørelser, men kun få medtager effekten af N 2 O, og det vil være baseret på en emission, som igen er baseret på nøgletal, f.eks. antal g N 2 O per person per år, hvilket er i overensstemmelse med brancheorganisationens forslag til opgørelse i et CO 2 -regnskab /2/. Miljøstyrelsen har i 2005 angivet en dansk emission af N 2 O fra renseanlæg på omkring 7 g N/person/år, hvilket er omkring 1,4 promille af den årlige kvælstofbelastning i spildevand fra en person. Projektet er udført med støtte fra Vandsektorens Teknologiudviklingsfond (herefter VTU- Fonden), og udført af Aarhus Vand, Unisense, DHI, og med Vandcenter Syd som projektholder. Projektet er gennemført i 1/1 2012 30/6 2013. Rapporten er skrevet til teknikere med et godt kendskab til renseanlæg, renseprocesser og målinger. Rapporten udgør en del af den formidling, som bliver udført i forbindelse med projektet, og den skal oplyse om hovedresultaterne af projektet, og i hvilken grad målene for projektet er nået. lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 1
2 Projektets formål Formålet med projektet er at skaffe dansk viden om emission og væsentlighed af lattergas, N 2 O, fra renseanlæg og om mulighederne for at reducere emissionen. Måling af lattergas i luftfasen til kontrol af produktionen er ikke anvendelig, da det hovedsageligt er bakterier i vandfasen i aktiv slamanlæg, som producerer lattergassen. Det er ikke muligt i 2012-2013 at udføre en sådan kontrol, da der ikke findes kommercielle målemetoder til direkte måling af N 2 O i vandfasen. Til målingerne i vandfasen vil blive anvendt en nyudviklet dansk N 2 O-sensor til brug direkte i vandfasen, og denne skulle gerne kunne anvendes på renseanlæg til realtidsmålinger. De planlagte hovedresultater er: Kortlægningsværktøj og evt. nøgletal til bestemmelse af lattergasemissioner fra betydende anlægstrin på typiske danske renseanlæg. Målemetode til bestemmelse af lattergas i vandfasen og principper for bestemmelse af lattergasemissioner fra renseanlæg. Lattergassensor og -transmitter som kan markedsføres af kommerciel partner. Derudover er det et mål, at projektet skal give forsyningerne mulighed for at etablere troværdige CO 2 -regnskaber, og mulighed for at ændre styringen af renseanlæg med henblik på væsentlig reduktion af emission af drivhusgasser. lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 2
3 Projektets udførelse og resultater Projektet blev udført i tre faser, som hver har deres planlagte og opnåede resultater. 3.1 Fase 1 - Målinger på fuldskala anlæg samt afprøvning af metode til estimering af emission Formålet med fase 1 var at udpege de vigtigste kilder til emission af lattergas på renseanlæg og kunne foreslå metoder, som kan anvendes til bestemmelse af produktionen af N2O i aktiv slamanlæg. Fase 1 er gennemført på Ejby Mølle Renseanlæg, Marselisborg Renseanlæg samt på DHI s pilotrenseanlæg i Aarhus. 3.1.1 Metode til kortlægning af områder med lattergasemission Indledningsvis er der udpeget de mulige kritiske kilder ved litteraturstudier. De udpegede lokaliteter med et indhold af N2O kan ligeledes undersøges på andre renseanlæg. Der er opsamlet offgas fra overflader af procestanke, og der er opsamlet vandprøver fra procestanke. Begge prøvetyper er stikprøver, som kun repræsenterer et kort tidsrum. Gasprøverne er opsamlet fra overfladerne med et kammer med omrøring og med tilførsel af bæregas i form af ren nitrogen fra en trykflaske. Gassen er opsamlet på specielle gasposer. Gasprøverne er analyseret på Aarhus Universitet. Det er værd at bemærke, at ikke alle laboratorier kan foretage analysen for N2O. Vandprøverne er analyseret med en Unisense N2O-elektrode. Metoden er beskrevet nærmere i Appendix 1. I Figur 1 er afmærket de lokaliteter på Ejby Mølle Renseanlæg, hvor der er udtaget prøver. Figur 1. Oversigt over målesteder for Ejby Mølle Renseanlæg. Målestederne er angivet med rødt nummer. lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 3
Figur 2 viser resultater fra Ejby Mølle Renseanlæg. Figur 2. Analyseresultater for væskeprøverne på Ejby Mølle Renseanlæg. Resultater er i 0.000001 molær svarende til 0,044 mg N/l. Vandprøverne fra Ejby Mølle viser niveauer fra 0,2 til 3 µm, som svarer til 0,0088 mg N/l til 0,13 mg N/l. De højeste niveauer ses i forbindelse med aktiv slamanlæggets anaerobe tank, samt i forbindelse med biofiltre. Der er desuden målt under nitrifikation i aktiv slamtank, som ses i figur 4. Offgassen viser niveauer i ppm, se Figur 3. Figur 3. Målinger på opsamlet offgas fra overflader, hvilket er inklusiv bæregas. I en beluftet fase er der også opsamlet lattergas fra aktiv slamtank på Ejby Mølle Renseanlæg. lattergasrapport final.docx / PEA / 2013-06-04 4