Åtgärder

För att effektivt kunna minska utsläppen av lustgas behöver åtgärderna vara riktade mot rätt produktionsväg.

För att effektivt kunna minska utsläppen av lustgas behöver åtgärderna vara riktade mot rätt produktionsväg (se Lustgasbildning).

1. Minskning av lustgasbildning via oxidation av hydroxylamin

Det är i huvudsak mikroorganismernas oxidationshastighet för ammonium som måste hållas ner för att minska lustgasutsläppen via oxidation av hydroxylamin. Detta kan göras genom att undvika för höga halter av ammonium och syre i reaktorn och genom att ha en stor mängd nitrifikationsbakterier så att den specifika belastningen blir låg. Detta kan till exempel uppnås genom hög slamålder för nitrifierande slam. Biofilmsprocesser kan också vara fördelaktiga för att uppnå en hög andel nitrifikationsbakterier i reaktorerna.

2. Minskning av lustbildning via denitrifikation av AOB

Många AOB kan oxidera ammonium vid låga syrehalter. Men risken är då stor att AOB också reducerar nitrit till lustgas. Med tillräckliga syrehalter minskar denna risk. Nitrithalten är också avgörande för lustgasbildning via denitrifikation av AOB. NOB:erna måste vara tillräckligt många och ha tillräcklig aktivitet för att minimera nitritackumulering. Lång slamålder för att bibehålla NOB är avgörande. Intermittent luftning där heterotrofa denitrifikationsbakterier kan minska nitrithalten under de syrefria faserna kan också minska lustgasutsläppen från aktivt slam med nitrifikation-denitrifikation.

NOB är dessutom mer känsliga än AOB för förhöjda halter av svavelsyrlighet (HNO₂). För att hålla nere halten HNO₂ behöver pH hållas uppe. En ökning av alkaliniteten kan därför behövas för att hålla uppe pH i vatten där alkaliniteten från början är låg.

3. Minskning av lustbildning via ofullständig denitrifikation

Nitritackumulering leder till ökad risk för lustgasutsläpp via ofullständig denitrifikation. Samma åtgärder för att minska nitritackumulering för väg 2 (ovan) gäller även här. En annan avgörande faktor är tillgången till organiskt material. För lite organiskt material leder till konkurrens om elektroner mellan de olika denitrifikationsstegen och risk för lustgasbildning. Tillsatts av kolkälla är avgörande för att hålla nere lustgasutsläppen via denitrifikation för avloppsvatten med låg C/N kvot. Stegvis dosering av kolkälla har också visat sig leda till mer effektivt användande av det organiska materialet med minskade utsläpp av lustgas som följd. Tillräcklig syrefri tid för nitrifierande-denitrifierande slam medför också hög reduktion av lustgas och därmed låga utsläpp.

Destruktion av lustgas

Det finns flera metoder för att destruera lustgas, vilka kan kategoriseras utifrån den kemiska process som används. Implementeringen av dessa tekniker på avloppsreningsverk medför dock flera utmaningar. En av de största svårigheterna är att samla in och behandla frånluften från de stora luftade bassängerna, eftersom det är stora gasflöden och lustgaskoncentrationen är låg och fluktuerande. Dessutom har frånluften en hög syrehalt, låg temperatur och innehåller vattenånga, vilket ytterligare påverkar effektiviteten hos traditionella destruktionsmetoder.

I allmänhet inkluderar de tillgängliga teknikerna för att avlägsna N2O från gasströmmar absorption (Liu, J och Xu, Y. 2021), termisk katalytisk nedbrytning (Xu et al, 2021), selektiv katalytisk reduktion SCR (You et al, 2020) eller plasmabehandling (Jo et al, 2018). Lustgas i rökgaser kan absorberas med olika vattenlösningar, såsom vatten- och aminolösningar (Hartono et al 2008). En effektiv minskning av lustgas kan även fås via en kombinerad plasmakatalys (Ko, L. S et al, 2023).
Praktiska erfarenheter av lustgasdestruktion från avloppsreningsverk finns i bl a Danmark och Schweiz (Carreñero et al., 2014, Kelterer et al., 2024).

Olika destruktionstekniker

Oxidation

Oxidation innebär att mer syre tillförs till lustgasmolekylen för att bilda kväveoxider.

• Förbränning: Vid höga koncentrationer kan lustgas förbrännas utan extra bränsle, men vid låga koncentrationer krävs extern bränsletillförsel.
• Termisk katalytisk oxidation: En upphettad katalysator oxiderar lustgas vid lägre temperaturer utan tillsats av bränsle, men processen kräver kontinuerlig uppvärmning.

Reduktion

Reduktionsmetoder innebär att syre avlägsnas från lustgasen och omvandlar den till kvävgas.

• (Selektiv) katalytisk reduktion: En katalysator används tillsammans med ett reduktionsmedel, exempelvis vätgas eller organiska gaser. Metoden kräver inte lika hög temperatur som oxidation eller katalytisk spjälkning. Vid en hög syrehalt bör katalysatorn vara selektiv för lustgas för att minimera oönskad oxidation av reduktionsmedlet.
• Selektiv icke-katalytisk reduktion: Fungerar på samma sätt som selektiv katalytisk reduktion men utan användning av katalysator, vilket gör metoden mindre effektiv för att reducera lustgasutsläpp.

Spjälkning

Spjälkning innebär att lustgasen bryts ned till dess grundläggande beståndsdelar utan att använda ett reduktionsmedel.
• Katalytisk spjälkning: Lustgas bryts ned till kvävgas och syre vid temperaturer kring 400–500°C med hjälp av en katalysator. Metoden kräver ingen tillsats av andra kemikalier och genererar minimalt med kväveoxider. För att förbättra energieffektiviteten kan värmeåtervinning användas.

Plasma- och fotokemiska metoder

Dessa metoder utnyttjar elektricitet eller ljus för att aktivera nedbrytning av lustgas.

• Icke-termisk plasma (katalys): Producerar ett stort antal reaktiva partiklar som kan reagera med föroreningar vid rumstemperatur och atmosfärstryck. Lustgas är dock svårt att destruera med enbart plasma, och effektiviteten förbättras när processen kombineras med en katalysator.
• Foto(katalytisk) nedbrytning: Ljus, exempelvis UV-ljus, används (med eller utan katalysator) för att bryta ned lustgasen i mindre molekyler.

Biologisk destruktion

Metoder som utnyttjar mikroorganismer för att omvandla lustgas till kvävgas.

• Bioskrubber: Luftströmmen passerar genom en bädd där mikroorganismer växer på ett bärarmaterial och bryter ned lustgasen.

Uppkoncentrering och separation

Metoder för att samla upp och koncentrera lustgas innan destruktion för att öka processens effektivitet.

• Adsorption: Lustgasen binds till ytan av fasta material, såsom zeoliter eller aktivt kol.
• Absorption: Lustgasen löses i vätskor, exempelvis vatten eller aminlösningar. Eftersom lösligheten minskar signifikant med ökande temperatur bör absorption användas vid låga temperaturer eller kombineras med andra metoder.

Vill du veta mer om åtgärder?

Kontakta Frank Persson, Chalmers tekniska högskola.