Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til … · suspenderet biomasse. •Flertrins MBBR giver laver opløst organisk stof end MBR ... b M1 M2 A B M4 M5 0.000 0.500 1.000 1.500

1

Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til behandling af hospitalsspildevand i Skejby

Henrik R. Andersen Lektor

Water Technologies

Institut for Vand og Miljøteknologi (DTU Miljø)

Danmarks Tekniske Universitet

• Behov for en miljø- og energieffektiv

teknologi til rensning af hospitalsspildevand

• Effektiv fjernelse af lægemidler fra hospitalsspildevand med minimale omkostninger

• Udvikling af rensekoncept med både biologisk rensning og kemisk oxidation

• En effektiv biologisk rensning giver store besparelser på efterpolering

Det Nye Universitetshospital

Formål med MERMISS

2


Ca. 5 % af alt medicin forbruges på hospitaler i Danmark, resten

indtages i eget hjem*

Liste med de uønskede lægemidler som ønskes begrænset i

spildevandet. Tidligere omtalt som 33+3 listen

Tvivl om hvilken teknologi og

hvilke spildevandsstrømme der skulle behandles (første projekt i 2013)

* Mose Pedersen et al., 2007

Baggrund


Kortlægningen er baseret på

EPJ som er sammenholdt med AUHs apotekersalg (fra 2011-

2015).

Beregnet miljømæssig påvirkning

Primær sektor

Sekundær sektor

6 lægemidler har den største miljømæssige indvirkning

(98% af det samlede påvirkning): Mycophenolsyre

(71% alene), clarithromyzin, sulfamethoxazol, sertralin, ciprofloxazin og capecitabin.

Environmental impact from AUH distributed between

ambulant and hospitalised patients

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

2011 2012 2013 2014 2015

Percen

tag

es

Hospitalized Ambulant

Kortlægning af lægemiddelforbruget

3

Danmarks Tekniske Universitet 9.11.2016 Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til behandling af hospitalsspildevand i Skejby

Hospitalsspildevand internationalt

Internationalt kommer der mange artikler om hospitalsspildevand:

• Hospitalsspildevand er giftigt, men ingen anbefaler delstrømstrensning.

• Næsten alle demonstrationsprojekter anvender MBR med polering af ozon/aktivt kul/klor/UV.

17.04.2008 5 Danmarks Tekniske Universitet Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til behandling af hospitalsspildevand i Skejby

Problemstilling: Hvor skal der renses?

1) Delstrømsrensning. Lille pilotanlæg på

Kommunehospitalet, Nørregade,

Århus. [Dansk Vand, 2015]

2) Total rensning af hospitalsspildevand på DNU, Skejby. [Denne præsentation]

3) Efterpolering (Viby) eller opgrader kommunalt renseanlæg (Herning).

[Måske Dansk Vand, 2017]

4


MERMISS #1: Optimeret biologisk rensning

• Flertrins ”Moving Bed Biofilm Reactor” (MBBR)

Biomasse i trin: Flere forskellige biomasser med forskellige men

relativt konstante substrat giver meget stor variabilitet i funktionelle enzymer.

Biofilm: Biofilm giver større redox stratificering i biomassen, hvilket

yderligere fremmer diversitet i biomassen og fremmer biologisk dehalogeneringsreaktioner (fjernelse af klor, brom og iodid fra

molekyler).


MERMISS #1: Bionedbrydning af lægemidler og opløst organisk materiale

MBBR kan nedbryde svært

nedbrydelige kemiske forbindelser som diklofenak

og røntgenkontrastmidler.

Desuden fjernes opløst organs stof (DOC) i højere

grad end ved behandling med aktivt slam.

http://www.google.dk/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://ian.umces.edu/imagelibrary/displayimage-99-4845.html&ei=xDlhVIv1LY2rPKuYgZgI&psig=AFQjCNEr7qgDnY8Y5iBIr6TKEkjlA4ltFw&ust=1415744291974741

5


0 1 2 3 4 5

Diatrizoic acidIopamidolIomeprol

IohexolIopromide

VenlafaxineClofibric acid

IbuprofenAtenolol

KetoprofenCitalopram

Acetyl-sulfadiazineTramadol

MetoprololClindamycin

CiprofloxacynGemfibrozil

PhenanzoneClarithromycinRoxithromycin

NaproxenSotalol

PropranololCarbamazepine

DiclofenacTrimethoprim

DiclofenacSulfamethizole

SulfamethoxazoleSulfadiazine

Mefenamic acidTriclosan

90-99% 99-99.9% 99.9-99.99% >99.99%

mg O3/mg DOC

Bestemmelse af ozonedosis lægemidler: 1,4 mgO3/mg

DOC

MERMISS #1: Ozonering

Dotted line: 1.4 mg O3/mg DOC


Design af nyt anlæg – Videre fra Kommunehospitalet

• Størrelse og håndtering af partikler: Partikel separation med mekaniske filtre

og koagulering og flokkulering.

• Udledning til recipient skal være mulig:

– Denitrifikation ved recirkulation og ethanol tilsætning.

– Fosforfældning er mulig.

– Biopolering efter ozonering med MBBR. Alternativ til sandfilter.

10

Båndfilter Tromlefilter

Ozonering

Polerende

biofilter Nitrifikation Denitrifikation Denitrifikation

Nitri-

fikation

6


Design af anlæg – MBBR ikke MBR

• Anlægsomkostninger. Membraner dyrere end biocarriers.

• Energifodaftryk. Tommelfingerregel siger 2x energi til luft i MBR ift. suspenderet biomasse.

• Flertrins MBBR giver laver opløst organisk stof end MBR (og aktivt slam).

• Uden aktivt kul. Fordi det har større energifodaftryk end ozon.

– Pulverkul kan anvendes uden ombygning.

• Bioaktivt sandfilter til polering erstattet med MBBR. Energi til pumpning.

11

Båndfilter Tromlefilter

Ozonering

Polerende

biofilter Nitrifikation Denitrifikation Denitrifikation

Nitri-

fikation


12

Bionedbrydning af lægemidler: -Ændring i koncentrationer med behandlingen

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.500

1.000

1.500Azithromycin

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200Carbamazepine

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.100

0.200

0.300Diclofenac

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.100

0.200

0.300Propranolol

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500Sulfamethoxazole

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

1.000

2.000

3.000VenlafaxineK

on

ce

ntr

ati

on

(µ

g/L

)

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000Ciprofloxacin

Inlø

bM

1M

2M

3AM

3B M4

M5

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000Clarithromycin

Recirkulation

1

DN

2

N

3A

N

4

DN

3B

N

5

N

• Alle udvalgte stoffer reduceres over

behandlingen

• Dannelse fra metabolitter forklarer stigende koncentrationer i nogle trin.

7


Bionedbrydning af lægemidler: Evne til nedbrydning i batch eksperiment

13

1

DN

2

N

3A

N

4

DN

3B

N

5

N

Azithromycin

0.00

0.50

1.00

1.50Carbamazepine

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04Ciprofloxacin

0.00

0.02

0.04

0.06Clarithromycin

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

Diclofenac

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

Ne

db

ryd

nin

gs

ha

sti

gh

ed

(h

-1)

M1 M2 M3 M4 M5

Propranolol

0.00

0.20

0.40

0.60Sulfamethoxazole

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50Venlafaxine

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

• Vi kan se hvilken biomasse der kan

nedbryde.

• Diklofenac, Sulfamethoxazole med lav-substrat biofilm (sultet biofilm).

• Azithromycin, Propranol nedbrydes sammen

med BOD.


Ozonering Sammenligning af pilotanlæg med kontrolleret behandling på DTU

• Eksperiment på en dag hvor DOC er 30-40 mg/L. Normalt 13 mg/L.

• Pilotanlæggets effektivitet ligner kontrolleret dosering, men nogle lægemidler nedbrydes mere ved lave koncentrationer.

• Naturlig fluorescens passer godt mellem metoderne, men samme

tendens til højere effekt af lavt dosisområde genfindes i pilotanlægget.

14

Azithromycin

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5Clarithromycin

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5Propranolol

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5

Sulfamethoxazole

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5Venlafaxine

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5

C/C

0

gO3/m3

Ozoneret i Skejby

Ozoneret på DTU

Naturlig fluoroscense

0 10 20 30 40 50 600

20

40

60

80

Skejby ozon

Laboratorie ozon

Ozon (mg O3/L)

I (E

x335;E

m450)

8


Ozonering – Mikrotox med behandling

• Toksitet falder gennem iltet del af

biobehandlingen, men stiger i denitrifikationstrinnene.

• Toksitet falder yderligere med ozon, men prøverne er målt flere dage

efter bahandling …..

15

MicroTox® gennem pilot

M0/RF M1 M2 M3A M3B M4 M50

20

40

60

80

100

Inhib

itio

n(%

)

Tokistet i ozoneret vand

M5 2.4 ppm O 3 10 ppm O 3 18 ppm O 3

0

20

40

60

80

100

Mikrotox

Returstrøm


Biofilterpolering af ozoneret vand

16

MicroTox

0.3 2.0 6.020

40

60

UntreatedO3

O3, Carrier

Time(h)

Inhib

itio

n(%

)

Pilot

MicroTox5 m (Pilot)

0 2.4 10 18 34 42 540

20

40

60

80MicroTox15 m (Pilot)

0 2.4 10 18 34 42 540

20

40

60

80MicroTox30 m (Pilot)

0 2.4 10 18 34 42 540

20

40

60

80

MicroTox5 m (lab)

0 2 4 60

20

40

60

80MicroTox15 m (lab)

0 2 4 60

20

40

60


0 2 4 60

20

40

60

80

MicroTox5 m (lab)

0 4 4(carriers)0

20

40

60


0 4 4(carriers)0

20

40

60


0 4 4(carriers)0

20

40

60

80

Inhib

itio

n(%

)

Ozone concentration (mg O3/L)

(a)

(b)

(c)

0.3 h 2 h 6 h 24 h

• Kort efter ozonering er afløbsvand har samme eller større toksitet som

før ozonering.

• Henfalder med tid, men man kan ikke “holde” vandet i 24 h før

udledning.

• MBBR viser sig ligesom sandsfilter at kunne nedbringe toksiteten.

9


Sammenligning med Egå renseanlæg og grænseværdier

Lægemidler, µg/L

Egå Skejby Grænseværdi (PNEC, 33+3)

Inløb Udløb Inløb MBBR Ozon

Azithromycin 0.26 0.01 1.09 0.52 0.00 0.09

Carbamazepine 0.56 0.56 0.13 0.07 0.04 0.50

Ciprofloxacin 0.51 0.04 2.78 0.97 0.00 0.09

Clarithromycin 0.28 0.01 1.60 0.33 0.06 0.06

Diclofenac 0.53 0.28 0.21 0.02 0.00 0.10

Propranolol - - 0.24 0.21 0.05 0.10

Sulfamethoxazole 0.47 0.09 1.83 0.78 0.15 0.12

Venlafaxine 0.52 0.68 2.70 1.40 0.24 0.10

17 18 Technical University of Denmark 9.11.2016 Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til behandling af hospitalsspildevand i Skejby

Konklusion og fortsat arbejde

Forhøjede udløbskoncentrationer af problematiske stoffer hos både forsyninger og hospitaler. Stadig ikke klart at

meget kan løses med behandling på hospitalet

Konceptet kan bruges til:

Sidestrøms rensning (Oncology)

Fuldstrømsrensning fra hospital

Rensning på forsyningerne

Benchmarking og omkostninger af teknologi koncept.

Christina Sund, Kruger, har præsenteret ved flere andre konferencer og møder.

Projektet afsluttes i februar 2017. Pilotdrift i Herning er

halvt færdig.

10


Publikationer • Nationale konferencer: 8+

• Nationale publikationer 4 artikler, en mere på vej. 2 projektrapporter.

• Internationale konferencer: 4+ IWA, 2x Micropol, 2x LET.

• Internationale publikationer: 3, 4 er på vej.


Teknologisk Institut

Caroline Kragelund,

Alice Thoft

Krüger·Veolia

Christina Sund,

Kim Sundmark

Air Liquide

Morten Prühs

Herning Vand

Niels Møller Jensen,

Jeanette Andersen


Henrik Andersen, Kai Tang,

Kamilla Kaarsholm, Gordon Ooi

Aarhus Universitet

Kai Bester, Monica Escola

Det Nye Universitetshospital

Thomas Møller

AnoxKaldness

Magnus Christensson

Aarhus Vand

Karen Klarskov Møller

MERMISS konsortiet

11


Documents

Et MBBR og ozon baseret pilotrenseanlæg til … · suspenderet biomasse. •Flertrins MBBR giver laver opløst organisk stof end MBR ... b M1 M2 A B M4 M5 0.000 0.500 1.000 1.500