Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Mapping of emissions from reporting point sources and Estimation of emission factors from reporting waste water treatment plants
Executive, Forskningsinstitut, IVL Swedish Environmental Research Institute.
Show others and affiliations
Responsible organisation
2013 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

According to EC Regulation 166/2006 the operator is responsible for the quality of the information they report. The competent authority is responsible, however, to assess whether the reported infor-mation is complete, consistent and credible. Sweden has reported data to the E-PRTR (European Pol-lutant Release and Transfer Register) since the year 2007. However, there has been no general survey of the reporting point sources with respect to which substances that are reported by the companies in a particular industry, neither which method that has been used to report the emissions.

Earlier work has shown that only a few organic compounds were reported from very few waste water treatment plants (WWTP) in SMP, e.g. DEHP, alkylphenols, nonylphenol and PAHs. Earlier studies had also shown that there seems to be a huge under-reporting of the emissions of organic substances.

For alkylphenols and APEs, DEHP, nonylphenol, octylphenol and PAH it is estimated that, the amounts reported for Sweden should increase by 204, 202, 2288, 823 and 300% respectively if all WWTPs reported. It is also difficult to measure substances in the effluent (outgoing water from WWTP) and therefore there is a need to find other ways, such as use of emission factors to estimate releases to water. An aid to calculate the emissions could provide a more complete reporting from WWTP in the future.

The project had two sub-projects:

The purpose of the first sub-project was to map the data reported for 2011 to the E-PRTR (re-leases to water and air and as off-site transfers to WWTP), for all reported E-PRTR pollutants and all industry sectors in Sweden. With mapping is here meant to sort, organize and group the emissions data and methodology for the development of emission data for facilities in the same industry sector

The purpose of the second sub-project was to develop emission factors for estimating emis-sions to water from municipal WWTP, for 18 substances / substance groups

1. These emission factors could be used by WWTP in the reporting of emissions data in the emission declara-tions in the annual environmental report which in turn are used to the E-PRTR reporting.

1

nonylphenol and nonylphenol ethoxylates, octylphenol and octylphenol ethoxylate, polybrominated dinfenylethers(PBDEs) phthalate (DEHP), tetrachlorethylene (per), tetrachloromethane (carbon tetrachloride) Trichlorobenzenes, 1,2-Dichloroethane, Trichloroethylene (tri) dichloromethane, trichloromethane (chloroform), PAH (total 4) anthracene, flouranten, benzo (g, h, i) perylene, chloroalkanes (C10-13), hexachlorobutadiene (HCBD), isodrin.

In the first subproject, emission data from the Swedish Portal for Environmental Reporting (SMP) were studied regarding releases year 2011 for receiving media: air, water and off-site transfers of pol-lutants to WWTP from PRTR classified facilities. For the receiving media air, totally 666 facilities reported emissions year 2011. The corresponding numbers for releases to water and as off-site trans-fers to waste water were 331 respectively 157.

The mapping of emissions from reporting point sources was performed for each receiving media. Data was compiled for each pollutant and E-PRTR activity. For each E-PRTR activity and pollutant, emis-sion data was presented as a percentage of the total number of PRTR classified facilities reporting emissions to the receiving media. The results were presented as percentage below and above the threshold values to E-PRTR. Further, a compilation of determination methods used for reporting re-lease data to SMP were performed. The methods used were divided into measured (M), calculated (C) 6

and estimated (E) and compiled for each receiving media and pollutant. For the organic substances, it was further investigated if the use of release determination methods could be presented per receiving media, pollutant and E-PRTR activity.

The result showed that generally, for all the receiving media and pollutants, there was higher percent-age of reported releases below the thresholds values to E-PRTR compared to releases above the thresholds. The results from this project indicated that the thresholds to E-PRTR, in many cases, may be too high. Emissions of all pollutants are not expected to occur from all sectors. There was however some examples of sectors missing expected release data, for instance, releases of CH

4 and N2O to air from sector 7 (Intensive livestock production and aquaculture). Out of all the facilities within sector 7 only one reported emissions of N2O below the E-PRTR threshold and none above. None of them re-port any values neither below nor above the E-PRTR threshold for CH4. Organic substances as a group was rarely reported except for release of dioxins and PAH to air, AOX to water and phenols and TOC/CODCr to water and as off-site transfer to waste water. If reported, the emissions generally were below the thresholds to E-PRTR.

The use of determination methods (C, M, E) for reporting releases to air, water and as off-site transfer to waste water varied with different pollutants and receiving media. For many of the pollutants, lack of data made it difficult to compare and map the methods to report the releases. Generally, measurement methods were more frequently used and the estimation methods were used less often.

In the second subproject two different methods were used to try to develop emission factors; previous measurements and modelling. By using previous measurements of the substances in the effluent from WWTP and in sewage sludge a factor could be estimated. Data were retrieved from a report (Petters-son and Wahlberg, 2010) and from national environmental monitoring. For the modelling, a Sewage Treatment Plant (STP) model that calculates how a substance is distributed between air, water, sewage sludge and biodegradation was used. The model selected for this purpose is called STP-EX and was developed by Seth et al. (2008). The model includes the octanol-water partition coefficient (Kow), which is a measure of how a substance / group of substances are distributed between water and fat. The more hydrophobic the substances are, the more they bind to particles, such as the sewage sludge. The approach is to use the distribution between the different media and the known amount of sewage sludge produced in the WWTP and then estimate the amount (or concentration) of the substance in the effluent.

Looking at the entire dataset from previous measurements, 110 of totally 132 reported data on release to water were below the detection limit for the analyses. The corresponding numbers for sludge were 39 of 164. A ratio (total amount of chemical in water/total amount chemical in sludge) was calculated for the substances and WWTPs when both the sludge and effluent water data were available. Due to a large number of values below the detection limit, ratios could only be developed for 4-tert-octylphenol and 4-nonylphenol. The ratios for 4-tert-ocylphenol varied between 0.06 and 0.52 for the different WWTPs, with an average of 0.11. The ratios for 4-nonylphenol, branched varied between 0.02 and 23 with an average value of 4.4.The ratios vary between the different WWTP, which may depend on both the normal variance due to different load, size and technical properties of the WWTPs.

The results from the modelling showed that the predicted chemical distribution differs between chemi-cals as well as between the different WWTPs, but the general pattern is that hydrophobic compounds, will mainly end up in the sludge and VOCs will mainly biodegrade or evaporate. Other compounds of intermediate hydrophobicity and reactivity, such as e.g. fluoranthene, will partly biodegrade and partly 7

end up in the sludge. Most substances included in the study had a ratio of 0,1 or less which means that only a minor part will end up in the effluent. A ratio above 1 implies that on an annual basis, larger amounts of chemical are predicted to be released with effluent water than with sludge. An emission factor (total amount of chemical in water/total amount chemical in sludge) of about one or above was estimated for tetrachlorethylene, tetrachloromethane, trichlorobenzene, 1,2-dichloroethane, trichloro-ethylene, dichloromethane and trichloromethane. The results showed that the ratios for individual substances differ between the included WWTPs, by up to a factor of 30 (for trichloroethylene. The water/sludge ratio differs not only between chemicals and different WWTPs, but may also vary between years. TSS (Total Suspended Solids) in the effluent water and the volume of incoming water (influences the hydraulic retention time and thus biodegradation) and its properties were parameters that had a high influence on the factor for the included substances. These two factors are prabably also an explanation for the large variations in factors calculated by measurements.

Both methods (measurements and modelling) illustrate a large variation between different WWTPs, and an inappropriateness of using one common substance specific ratio for emission calculations. This leads to the recommendation that WWTP specific ratios should be derived that can be used to estimate emissions with outgoing water from sewage sludge data. There are relatively few WWTPs that have to report to E-PRTR and for those WWTP’s modelling is the preferred method, since it proved to be difficult to measure most substances in the low concentration that is needed. It is also important to pay attention to changing conditions between years in the WWTP, as they influence the fate of the chemi-cals. To evaluate the applicability of the suggested model assessment methodology for Swedish WWTPs it is desirable to conduct empirical monitoring studies in selected WWTPs and for selected substances to investigate how well the model agrees with measurements. Even though the model has shown good results compared to measured data in earlier studies, it has not been evaluated for Swed-ish conditions, which in some cases deviate, for example due to the common practice of chemical precipitation, biological nitrogen removal and sludge digestion, that are actually not included in the model. Therefore, a reliable empirical ratio requires regular monitoring in sludge and water (to cover variations in water flow and TSS-content) as well as sampling and analytical methods that are sensi-tive enough for detection both in water and sludge.

The results from the STP(Sewage Treatment Plant) model also indicated that there were only a few substances that are close to or above the emission threshold for reporting; DEHP, nonylphenols, octyl-phenols, PBDE, PAH and chloroalkanes. This is important information for the WWTPs. In a previous study, 17 substances were identified to be of potential concern, largely based on concentrations below the detection limits. This study limited the number of substances or groups to six.

Abstract [sv]

Enligt EG-förordningen 166/2006 är verksamhetsutövaren ansvarig för kvaliteten på den information som de rapporterar. Den behöriga myndigheten är dock ansvarig för att bedöma om den rapporterade informationen är fullständig, konsekvent och trovärdig. Sverige har rapporterat data till det E-PRTR (European Pollutant Release and Transfer Register) sedan år 2007. Däremot har det inte funnits någon allmän kartläggning av de rapporterande punktkällorna avseende vilka ämnen som redovisas av före-tagen inom en viss bransch eller vilken metod som har använts för att redovisa utsläppen.

Tidigare arbete har visat att endast ett fåtal organiska föreningar rapporterades från ett fåtal renings-verk (ARV) i SMP, t.ex. DEHP, alkylfenoler, nonylfenol och PAH. Tidigare studier har också visat att det verkar finnas en stor underrapportering av utsläpp av organiska ämnen. För alkylfenoler och alkylfenoletoxylater, DEHP, nonylfenol, oktylfenol och PAH uppskattas det att de värden som redovisas för Sverige ska öka med 204, 202, 2288, 823 och 300% respektive om alla reningsverk rapporterade sina utsläpp. Det är också svårt att mäta ämnen i avloppsvattnet och därför finns det ett behov av att hitta andra sätt, till exempel användning av emissionsfaktorer för att uppskat-ta utsläpp till vatten. Ett hjälpmedel för att beräkna utsläppen skulle kunna ge en mer komplett rappor-tering från reningsverk i framtiden.

Projektet hade två delprojekt:

Syftet med det första delprojektet var att kartlägga rapporterade data för 2011 (utsläpp till vat-ten och luft och som transport till reningsverk) till E-PRTR, alla rapporterade E-PRTR ämnen och alla branscher. Med att kartlägga menas här att sortera, organisera och gruppera utsläpps-data och metodik för framtagning av utsläppsdata för verksamhetsutövare inom samma bransch

Syftet med det andra delprojektet var att utveckla emissionsfaktorer för att uppskatta utsläpp till vatten för E-PRTR från kommunala reningsverk för 18 ämnen / ämnesgrupper

2. Dessa emissionsfaktorer skulle kunna användas av reningsverk vid rapporteringen av utsläppsdata i emissionsdeklarationerna som i sin tur används för att rapportera till E-PRTR.

2 nonyl

fenol and nonylfenoletoxilat, oktylfenol and oktylfenoletoxilat, polybromerade dinfenyletrar(PBDEs) dietylhexylftalat (DEHP), tetrakloretylen (per), tetraklorometan (koltetraklorid), triklorbensen, 1,2-dikloroetan, trikloretylen (tri) diklormetan, triklrmetan (kloroform), PAH (summa 4) antracen, flouranten, benzo (g, h, i) perylen, kloroalkaner (C10-13), hexaklorobutadien (HCBD), isodrin.

I det första delprojektet studerades utsläppsdata från Svenska miljörapporteringsportalen (SMP) gäl-lande utsläppsåret 2011 för följande mottagare: luft, vatten och borttransport av föroreningar i av-loppsvatten. En sammanställning av utsläppsdata gjordes för PRTR-klassade anläggningar. För motta-garkod luft, rapporterade totalt 666 anläggningar utsläpp år 2011. Motsvarande siffror för utsläpp till vatten och som borttransport av föroreningar i avloppsvatten var 331 respektive 157.

Kartläggningen av utsläppen från rapportering punktkällor utfördes för varje mottagarkod, förorening och PRTR-kod. För varje PRTR kod och förorening presenteras utsläppsdata som en procentsats av det totala antalet PRTR klassade anläggningar inom respektive mottagarkod. Resultaten presenterades som procent under (<tv) och över (> tv) tröskelvärdena till E-PRTR. Vidare genomfördes också en sammanställning av de metoder som används för framtagning av utsläppsdata från rapporterande punktkällor. Metoderna delades upp i uppmätta (M), beräknade (C) och uppskattade (E) och samman- 9

ställdes för varje mottagarkod och föroreningar. För organiska ämnen undersöktes även om en branschspecifik uppdelning av de använda metoderna kunde genomföras.

Generellt, för alla tre mottagande media och föroreningar, är andelen av de rapporterade utsläppen under tröskelvärdena till E-PTRT högre jämfört med utsläppen över tröskelvärdena. Resultaten från föreliggande projekt indikerar att i vissa fall kan tröskelvärden till E-PRTR vara för högt satta. Utsläpp av alla föroreningar förväntas inte ske från samtliga E-PRTR sektorer. Det finns dock exempel på sektorer för vilka förväntade utsläppsdata saknas. Ett exempel är utsläpp av CH

4 och N2O till luft från sektor 7 (Intensiv animalieproduktion och intensivt vattenbruk). Av alla anläggningar inom sektor 7 rapporterar endast en anläggning utsläpp av N2O under tröskelvärdet till E-PRTR och ingen av an-läggningarna rapporterar några utsläpp av CH4. Med undantag för utsläpp av dioxiner och PAH till luft, AOX till vatten och fenoler och TOC/CODCr till vatten och som borttransport av föroreningar i avloppsvatten rapporteras organiska ämnen endast från ett fåtal verksamhetsutövare. Om data rappor-teras, är utsläppen i allmänhet under tröskelvärdena till E-PRTR.

Användningen av bestämningsmetoder för rapportering av utsläpp till luft, vatten och som borttrans-port av föroreningar i avloppsvatten (C, M, E) varierar med olika föroreningar och mottagande media. För många av de föroreningarna gör brist på data det svårt att jämföra och kartlägga utsläppen. Gene-rellt är mätmetoder vanligare och uppskattningsmetoder används mer sällan.

I det andra delprojektet användes två olika metoder för att försöka utveckla emissionsfaktorer; tidigare mätningar och modellering. Genom att använda tidigare mätningar av ämnen i avloppsvatten från reningsverk och i avloppsslam kunde en faktor uppskattas. Data hämtades från en rapport och från nationella miljöövervakningen. För modelleringen användes en reningsverksmodell (STP) som beräk-nar hur ett ämne fördelar sig mellan luft, vatten, avloppsslam och biologisk nedbrytning. Modellen som har använts kallas STP-EX och har utvecklats av Seth et al. (2008). Modellen inkluderar oktanol-vatten fördelningskoefficienten (Kow), vilket är ett mått på hur en substans/grupp ämnen fördelas mellan vatten och fett. Ju mer hydrofoba substanser är, desto mer de binder till partiklar, såsom av-loppsslam. Metoden använder fördelningen mellan de olika medierna och den kända mängden av-loppsslam som produceras i reningsverket och uppskattar sedan mängden (eller koncentrationen) av ämnet i utgående vatten från reningsverk. Av 132 mätningar var 110 av totalt 132 under detektionsgränsen för analyserna. Motsvarande siffror för slam var 39 av 164. En faktor (total mängd kemikalie i vatten/total mängd kemikalie i slam) beräk-nades för de olika kemikalierna vid respektive reningsverk när det fanns tillgänglig data På grund av ett stort antal värden under detektionsgränsen, kunde faktorer endast utvecklas för 4-tert-oktylfenol och 4-nonylfenol. Faktorerna för 4-tert-ocylphenol varierade mellan 0,06 och 0,52 för de olika re-ningsverken, med ett genomsnitt på 0,11. Faktorerna för 4-nonylfenol, grenad varierade mellan 0,02 och 23 med ett medelvärde av 4.4. Att faktorerna varierar mellan olika avloppsreningsverk kan bero på både normala variansen på grund av olika belastning, storlek och tekniska egenskaper hos olika re-ningsverk. Resultaten från modelleringen visade att den förutspådda kemiska fördelningen skiljer sig åt mellan kemikalier samt mellan olika reningsverk, men det allmänna mönstret är att hydrofoba föreningar, främst kommer att hamna i slammet och VOC kommer främst brytas ned eller avdunsta. Andra före-ningar av mellanliggande hydrofobicitet och reaktivitet, som t.ex. fluoranten, kommer delvis brytas ned och delvis att hamna i slammet. De flesta ämnen som ingår i studien hade ett förhållande på 0,1 eller lägre, vilket innebär att endast en mindre del kommer att hamna i utgående avloppsvatten. En 10

kvot över 1 innebär på årsbasis, att större mängder av kemikalier förutspås att hamna i utgående av-loppsvatten än med slam. En emissionsfaktor (total mängd kemikalie i vatten/total mängd kemikalie i slam) på ca ett eller högre uppskattades för tetrakloreten, tetraklormetan, triklorbensen, 1,2-dikloretan, trikloretylen, diklormetan och triklormetan. Resultaten visade att förhållandena för enskilda ämnen skiljer sig åt mellan de ingående reningsverk, med upp till en faktor 30 (för trikloretylen). Vatten/slam förhållandet skiljer sig inte bara mellan kemikalier och olika reningsverk, det kan också variera mellan åren. TSS (Torr Suspenderad Substans) i utgående avloppsvatten och volymen av inkommande vatten (påverkar den hydrauliska retentionstiden och därmed den biologiska nedbrytningen) med dess egen-skaper var parametrar som hade en hög påverkan på faktorn för de studerade ämnena. Dessa två fakto-rer är troligen också en förklaring till de stora variationerna i faktorer beräknade från mätningar. Båda metoderna (mätningar och modellering) illustrerar en stor variation mellan olika reningsverk, vilket innebär att det är olämpligt att använda en gemensam ämnesspecifik kvot för utsläppsberäk-ningar. Detta leder till rekommendationen att utveckla reningsverksspecifika kvoter som kan användas för att uppskatta utsläppen med utgående vatten från data i avloppsslam. Det är relativt få reningsverk som måste rapportera till E-PRTR och för dem är modellering att föredra, eftersom det visade sig vara svårt att mäta de flesta ämnen i så låg koncentration som behövs. Det är också viktigt att uppmärk-samma förändrade villkor mellan åren i reningsverken, eftersom det påverkar var kemikalierna ham-nar. För att utvärdera den föreslagna modellen för svenska reningsverk är det önskvärt att genomföra empiriska studier i utvalda reningsverk och för utvalda substanser för att undersöka hur väl modellen överensstämmer med mätningar. Trots att modellen har visat goda resultat jämfört med mätdata från tidigare studier har det inte utvärderats för svenska förhållanden, som i vissa fall avviker, till exempel på grund av den praxis för kemisk fällning, biologisk kväverening och slamrötning, som inte ingår i modellen. Resultaten från STP-modellen visade också att det endast är ett fåtal ämnen som är nära eller över utsläppströskeln för rapportering; DEHP, nonylfenoler, oktylfenoler PBDE, PAH och kloralkaner. Detta är viktig information för reningsverk. I en tidigare studie har 17 ämnen identifierades vara av intresse, till stor del baserad på koncentrationer under detektionsgränserna. Denna studie har begränsat antal ämnen eller grupper till sex.

Place, publisher, year, edition, pages
2013.
National Category
Environmental Sciences
Research subject
SMED (Svenska MiljöEmissionsData); SMED (Svenska MiljöEmissionsData), Farliga ämnen; Environmental Objectives, A Non-Toxic Environment
Identifiers
URN: urn:nbn:se:naturvardsverket:diva-1602OAI: oai:DiVA.org:naturvardsverket-1602DiVA: diva2:741427
Available from: 2014-08-28 Created: 2014-08-28 Last updated: 2014-08-28

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
IVL Swedish Environmental Research Institute
Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

Total: 67 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf