Förbättrad biomethanproduktion från organiskt material återvunnit från kommunalt avloppsvatten genom en pilotanläggning med kontinuerlig högkapacitets kontakt-stabiliseringsprocess

Att göra avloppsvatten till en energikälla

Varje dag för bortspolat och avledt vatten med sig inte bara avfall utan också dold energi. Denna studie undersöker hur kommunala avloppsreningsverk kan omformas för att skörda mer av den energin i form av metangas, ett bränsle som kan generera elektricitet. Genom att finjustera ett tidigt behandlingssteg visar forskarna att det är möjligt att fånga in mer av det organiska materialet i avloppsvattnet och omvandla det till biomethan, vilket hjälper reningsverken att komma närmare energisjälvförsörjning och minska deras klimatpåverkan.

Varför reningsverk använder så mycket energi

Insamling och rening av stadens avloppsvatten står redan för ungefär 1 % av världens elförbrukning, och den andelen förväntas öka när fler ansluts till avloppsnät. Traditionella reningsverk är främst utformade för att avlägsna föroreningar, inte för att spara eller producera energi. De inkluderar vanligtvis en primär sedimentationstank för att ta bort tyngre partiklar, följt av ett stort luftat bassäng där mikrober bryter ner det kvarvarande organiska materialet i ett system som kallas konventionell aktiverad slamprocess. Medan detta förfarande skyddar floder och kuster förbrukar det också mycket av den potentiella energin i avloppsvattnet som värme och koldioxid i stället för att fånga den som användbart bränsle.

En ny metod för att fånga mer bränsle från vatten

Studien fokuserar på en process kallad högkapacitets kontakt-stabilisering, eller HiCS, som läggs till precis efter primärsedimenteringen. Istället för att låta mikroberna flera dagar på sig att långsamt oxidera organiskt material håller HiCS-systemet dem i tankarna i mindre än två dagar. Under denna korta tid producerar mikroberna klibbiga substanser som hjälper små partiklar och lösta organiska ämnen att klumpa ihop sig till större flockar som kan sedimentera bort med gravitationen. Huvudidén är att snabbt ta ut dessa energirika klumpar innan de fullständigt ”förbrukats” av mikroberna, och sedan skicka dem till en anaerob rötkammare där de omvandlas till metan utan syre. Forskarna installerade en pilotanläggning för HiCS vid ett verkligt reningsverk för att se hur väl denna strategi fungerar under praktiska förhållanden.

Test av pilotanläggningen i verkliga förhållanden

Pilotuppställningen mottog verkligt avloppsvatten som redan passerat anläggningens primärklärning. Den inkluderade en stabiliseringstank med luft, en kontakttank utan luft och en sekundär sedimenteringsanordning för att fånga upp den nybildade slamen. Teamet drev systemet under två perioder med olika slamalder och vattentemperaturer, båda typiska för riktiga anläggningar. De mätte noggrant hur mycket organisk substans som kom in och ut ur systemet, hur mycket som hamnade i det extra slam som producerades av HiCS, och hur snabbt detta slam sedimenterade. De jämförde också dessa värden med vad som förväntas från standard högkapacitets- och konventionella aktiverade slamprocesser för att avgöra om den nya konfigurationen verkligen förbättrar kolåtervinningen.

Från infångat slam till extra metan

För att bestämma hur mycket användbar energi det återvunna slammet kunde ge utförde forskarna biomethanpotentialtester. De placerade prover av HiCS-slam, traditionellt avloppsaktiverat slam och primärslam i slutna kärl med aktiva mikrober från en rötkammare och följde metanproduktionen under 28 dagar. HiCS-slammet producerade konsekvent mer metan per mängd organisk substans än slam från det konventionella systemet, och det gjorde det i en snabbare takt, vilket betyder att det lämpar sig väl för standardrötningsperioder som används i storskaliga anläggningar. Mängden organiskt material som fångades per enhet av det som avlägsnats från vattnet var också högre för HiCS än för konventionell behandling, vilket visar att processen inte bara skyddar utsläppskvaliteten utan också bevarar mer energirikt material för senare återvinning.

Vad detta innebär för framtidens reningsverk

Sammantaget visar pilotförsöken att tillägg av ett kontinuerligt HiCS-steg efter primärklärningen kan öka den andel av avloppskoldioxid som omvandlas till metan med omkring en tredjedel jämfört med enbart den konventionella processen, utan att vara överdrivet känsligt för normala förändringar i vattentemperatur eller driftförhållanden. I enkla ordalag kan anläggningen utvinna mer ”bränsle” ur samma avloppsvatten samtidigt som onödig biologisk förbrukning tidigt i behandlingen minskar. Att integrera denna typ av högkapacitetsspärr i befintliga anläggningar skulle kunna hjälpa städer att generera mer förnybar el från sitt avloppsvatten, vilket minskar både elräkningar och växthusgasutsläpp från en grundläggande samhällstjänst.

Citering: Sakurai, K., Abe, C. Enhanced biomethane production from organic matter recovered from municipal wastewater by a pilot-scale plant continuous high-rate contact stabilization process. Sci Rep 16, 11078 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41598-w

Nyckelord: avloppsvattens energi, biomethan, högkapacitets kontakt-stabilisering, anaerob nedbrytning, kolåtervinning