Föroreningar och vattenkvalitet

Högfluorerade ämnen, s.k. per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) är extremt svåra att bryta ner samtidigt som många PFAS är mycket mobila i miljön. PFAS har användbara egenskaper för många tillämpningar och ämnena finns därför i otaliga produkter. Bl.a. har PFAS använts som standard för brandsläckning av brinnande vätskor då de kan bilda en tunn, värmebeständig film ovanpå en vätskeyta och släcka eld. PFAS finns därför över hela världen på brandövningsplatser och flygplatser. PFAS förekommer sällan i akuttoxiska koncentrationer, men har vid lång exponering hälsoskadliga effekter redan vid extremt låga koncentrationer. Mer än hälften av Sveriges kommuner har rapporterat att de har PFAS i råvattnet som används för dricksvattenproduktion. Reningen av PFAS från dricksvattnet är krävande och dyr. PFAS utgör idag ett globalt problem som förvärras allteftersom mer PFAS läcker ut och sprids i miljön och till våra vattenresurser.

Hur PFAS sprids i grundvatten och ytvatten, och hur PFAS bäst kan saneras från förorenade områden och andra PFAS källor utgör viktiga forskningsområden. Vår pågående forskning om PFAS innefattar bl.a. utveckling av nya saneringstekniker för PFAS-förorenad mark och vatten, så som mikrobiell nedbrytning av PFAS och fastläggning av PFAS med sorbenter, samt att utöka kunskapen om hur PFAS sprids och utveckla bättre modelleringsverktyg för simulera spridningen och bedöma risker.

Tillgång till rent dricksvatten är grundläggande för vårt samhälle. Vi letar efter effektiva metoder för att minska risken för mikrobiell och kemisk förorening av dricksvatten. Vi undersöker hela vattensystemet – från vattenkällor, till beredning, distribution och användning – för att förstå och lösa problem relaterade till vattenförorening mot bakgrund av vår föränderliga värld. Genom övervakning, fältstudier, laboratorieexperiment, modellering och riskbedömning utvecklar vi verktyg och lösningar som stödjer beslutsfattande och långsiktig tillgång till säkert dricksvatten. Tillsammans med intressenter arbetar vi för att omsätta vår forskning i praktiken och förbättra dricksvattensäkerheten runt om i världen.

Rening och användning av avloppsvatten

Rening och behandling av avloppsvatten är grundläggande för att skydda folkhälsan, vattenresurserna och ekosystemens mångfald och tjänster. Uppströmskällorna till mikroföroreningar är ett fokus som hjälper oss att fastställa reningsbehoven och den slutliga användningen av avloppsvatten. Därför undersöker vi hur olika sektorer och användningsområden bidrar till den totala föroreningen av avloppsvatten med mikroföroreningar, t.ex. läkemedelsrester.

Vårt mål är inte bara rening av avloppsvatten. För framtida resilienta städer är användning av renat avloppsvatten ett måste för att bekämpa klimatförändringarna, minska belastningen på sötvattenresurser och främja cirkulär ekonomi. Vår forskning utforskar möjligheter och utmaningar med att använda renat avloppsvatten som en vattenkälla för andra användningsområden än som dricksvatten. Vi undersöker också potentialen hos avloppsvatten som en källa till vätgas. Vi vill ta reda på hur mycket energi vi kan producera och vilka behandlingsnivåer som krävs för att göra avloppsvatten lämpligt för H2-produktion.

Medan storskalig och centraliserad avloppsvattenreningsteknik är i fokus, bör små och lokala avloppsvattenreningssystem inte glömmas bort, eftersom dessa kan vara diffusa källor till olika föroreningar som hittar sin väg till vårt grund- och ytvatten. Vår forskning fokuserar på att testa och utveckla hållbara lösningar för att rena avloppsvatten i lokala system. Vi testar kolbaserade material och naturbaserade system för att rena avloppsvatten på plats och för att förbättra eller komplettera befintliga markinfiltrationssystem. Med hjälp av laboratorietester, pilottester i Sverige och i låg- och medelinkomstländer arbetar vi med att utveckla biokolfilter som kan användas för att rena vattnet och fungera som en kolsänka.

Behandling och hantering av avloppsslam

Avloppsslam är en biprodukt från rening av avloppsvatten. Det är ett material som är rikt på organiska ämnen och näringsämnen, men som kan innehålla oönskade mikroföroreningar. Samanvändning är avgörande för hållbara städer och cirkulära ekonomier. Markanvändning av avloppsslam praktiseras nationellt och internationellt för ändamål som varierar från att använda det som gödningsmedel, jordförbättringsmedel eller vid restaurering av deponier. Tillsammans med svenska vatten- och avfallsorganisationer utvärderar vi inte bara läkemedelsrester, mikroplaster och PFAS i slam, utan vi studerar också effekterna av slamtillförsel på det omgivande vattnet, för att bedöma om slamtillförsel förvandlar mark till diffusa källor av mikroföroreningar.

Vi utvärderar också lösningar för att öka slammets cirkularitet genom behandlingsmetoder som behåller dess värdefulla innehåll av kol och näringsämnen, producerar energi och avlägsnar oönskade föroreningar, till exempel med hjälp av pyrolys. Vår forskning hjälper avloppsvattenorganisationen, Svenskt Vatten och många andra intressenter i deras uppströmsarbete.

Vid Institutionen för geovetenskaper utvecklar vi träflisbaserade bioreaktorer för vattenrening i gruvmiljöer, där vatten renas av sulfat och nitratkväve.

Sulfatrening

Gruvbolag upplever strängare krav på sulfathalter i vatten som släpps till miljön. Det finns därmed ett behov av att utveckla metoder för att rena gruvvatten från sulfat till halter som inte hotar akvatiska ekosystem. Projektet utvecklar en fullskalig bioreaktorteknik för sulfatrening från gruvvatten med särskild inriktning på gråbergslakvatten. SULFREM-teknologin renar sulfat genom bakteriell sulfatreduktion till vätesulfid som fälls som en järnsulfid i fast form. Andra metaller kommer också att medfällas med järnsulfid. För den fullskaliga installationen kopplas en SULFREM-bioreaktor till en denitrifierande bioreaktor som finns i drift idag vid LKAB:s Kirunagruva.

Projektet består av kolonnförsök för att fastställa optimala förhållanden för sulfatrening vid låga temperaturer samt design, konstruktion, drift och utvärdering av en fullskalig reningsanläggning. Metallåtervinning från bioreaktorn utvärderas. Skyddsåtgärder såsom SULFREM-rening innebär att gruvföretagen ytterligare kan minska miljöpåverkan vilket i framtiden möjliggör tillstånd för nya gruvor och fortsatt drift vid pågående gruvverksamhet. Detta leder i sin tur till en ökad acceptans av det lokala samhället för gruvdriften.

Kväverening

Kväveutsläpp från odetonerade ammoniumnitratbaserade sprängämnen som används i malmbrytning är en nyväckt miljöfråga. Odetonerat ammoniumnitrat är vattenlösligt och blandar sig snabbt in i gruvans dräneringsvatten. Kvävet i vattnet förekommer främst som nitrat, ammonium och till en mindre del nitrit, och dessa ämnen hamnar så småningom i miljön. I det kalla klimatet av norra Sverige är tillväxten i akvatiskt ekosystem oftast näringsämnesbegränsade och även små kvävetillskott kan påverka vattensystem. Ett viktigt problem är dessutom närvaro av nitrit och produktion av ammoniak, eftersom både kan leda till toxiska effekter i akvatiska ekosystem.

En lågkostnadslösning för att rena gruvlakvatten som innehåller nitrat är med hjälp av en denitrifierande bioreaktor, vilket är en passivt eller delvis passivt system som ligger på under markytan och innehåller ett poröst organiskt material som vatten rinner genom. När vatten strömmar genom anaeroba regioner i bioreaktorn reduceras nitrat till kvävgas med hjälp av ett denitrifierande bakteriesamhälle.

Det är viktigt att effektivt kunna hantera dagvatten från regn och snö i urbana områden för att förhindra både översvämningar och spridning av föroreningar orsakade av mänskliga aktiviteter. Samtidigt har dagvatten ett värde eftersom det kan tillhandahålla ekosystemtjänster, inklusive akvatiska livsmiljöer och rekreationsområden för våra städer. Med hjälp av mätningar och modellering skapar vi en bättre förståelse för hur föroreningar uppstår och sprids med dagvatten. Med vår forskning strävar vi efter att utveckla lösningar som minskar och förhindrar förorening av vattenförekomster på ett hållbart sätt, för att optimera användningen av denna värdefulla resurs och dess potentiella fördelar för samhället.