Elements in Norwegian sewage sludge

Abstract

Slam fra renseannlegg kan brukes som gjødsel. Dette vil være fordelaktig med tanke på sirkulær økonomi. En utfordring for bruk av slam er at det inneholder toksiske elementer som kan frigis i miljøet ved bruk av gjødsel basert på slam. Behandling av slammet for å fjerne toksiske elementer og senke biotilgjengeligheten av disse elementene er nødvendig for å kunne bruke slammet i jordbruk. 71 prøver fra seks ulike renseanlegg ble undersøkt i denne oppgaven. Prøvene gjennomgikk nedbrytning og ICP-MS analyse. Konsentrasjonen av 64 elementer ble bestemt, mens åtte elementer (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb) ble valgt ut for videre diskusjon. Konsentrasjonen av elementer i slam i Trondheim var høyest på våren og høsten. Det var likevel vanskelig å predikere en trend for konsentrasjon av elementer gjennom året i slam på grunn av stor variasjon. Anaerob nedbrytning resulterte i en økt konsentrasjon av elementer i slam på grunn av nedbrytning av organisk materiale. Økningen var høyere når nedbrytningen fant sted etter hydrotermisk behandling. Termisk hydrolyse gav også en høyere kosentrasjon av elementer i slam på grunn av hydrolyse. CAMBI behandling hadde en større økning enn HT prosessen på grunn av høyere temperatur. Pyrolyse økte konsentrasjonen av noen elementer i prøvene, mens konsentrasjonen av andre elementer sank på grunn av fordampning. Resultater fra annen litteratur tyder likevel på at biotilgjengelighet av elementene synker. En optimal pyrolysetemperatur var vanskelig å fastslå på bakgrunn av resultatene i denne oppgaven. Alle konsentrasjonene av elementer var under gjennomsnittskonsentrasjonene for norsk slam i 2020. Konsentrasjonene av elementer var også lavere enn både norske og internasjonale reguleringer knyttet til bruk av slam i jordbruk.

Sewage sludge can be used as plant fertilizer, which is beneficial in a perspective of circular economy. However, sewage sludge contains toxic elements which can be distributed to natural environment through use of sewage sludge derived fertilizers. Treatment for removing toxic element and decreasing their bioavailability is necessary for use of sewage sludge in agriculture. 71 samples from six different treatment plants were investigated in this study. The samples underwent digestion and ICP-MS analysis. The concentration of 64 elements were determined, while eight elements (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb) were chosen for further discussion. The concentration of elements in sewage sludge in Trondheim was highest in the spring and the fall. However, it was difficult to predict a seasonal trend for element concentration in sewage sludge due to high variability. Anaerobic digestion resulted in an increased concentration of elements due to degradation of organic matter. The increase was higher for anaerobic digestion that followed hydrothermal treatment. The thermal hydrolysis also resulted in an increased concentration due to hydrolyzation of the sludge. The CAMBI treatment had a larger increase than HT process due to a higher temperature. Pyrolysis increased the concentration of some elements in the samples, while decreased the concentration of others due to volatilization. However, literature indicate that the bioavailability decreases. An optimal temperature was difficult to determine based on these results. All concentrations of elements were below the mean concentration of elements in Norwegian sludge in 2020. The concentrations of elements were also below both Norwegian and international regulations of use of sewage sludge in agriculture.