Prosjektet SERPIC vil utvikle en løsning for å reagere på risikoen for forurensninger av nye miljøgifter og antimikrobiell resistens (AMR) i utslipp av avløpsrenseanlegg med fokus på gjenbruk av gjenvunnet vann til vanningsformål. Prosjektet tar sikte på å utvikle teknologi, basert på en multiple barrierer, for å behandle WWTP-effektene og maksimere reduksjonen av miljøgifter, inkludert antibiotikaresistente bakterier (ARB) og antibiotikaresistente gener (ARG).
En membran nanofiltrasjon (NF) teknologi vil bli brukt for å redusere miljøgifter i permeatstrømmen med minst 90 % samtidig som næringsstoffene beholdes. En desinfeksjon ved bruk av klordioksid produsert elektrokjemisk vil bli tilsatt til strømmen som brukes til vanning av avlinger. Miljøgifter i den forurensede konsentratstrømmen blir redusert med minst 80 % ved lysdrevet elektrokjemisk oksidasjon. Når det slippes ut i vannsystemet, vil det bidra til kvalitetsforbedring av overflatevann.
En prototyp avløpsrenseanlegg skal settes opp og evalueres for irrigasjon i langtidstester ved hjelp av landbruks forsøksfelt. En undersøkelse av miljøgifter-spredning vil bli utført på fire regionale studieområder i Europa og Afrika. Den vil inneholde en detaljert vurdering av den enkelte situasjon og lokalt forhold. Overføringskonsepter vil bli utviklet for å overføre resultatene av behandlingsteknologien til andre regioner, spesielt i lav- og mellominntektsland.
NIVA koordinerer utviklingen av NF-teknologien, for effektiv separering miljøgifter, for eksempel ARG-er, fra næringsstoffene som er viktige til vanning av avlinger. NIVA var ansvarlig for eksperimentell vurdering av NF, identifisering av optimale driftsbetingelser for høy avvisning av miljøgifter og valg av membraner med best ytelse. NIVA deltar i identifisering av passende konsentrat behandlingsmetoder og i oppbygning, testing og validering av prototypen ved fullskala kommunalt avløpsrenseanlegg i Spania.
Inntil nå har indikatorer for å vurdere rensingeffektivitet blitt valgt ut og utført membran eksperimenter tillatt å identifisere egnede membraner basert på prosjektets nøkkelindikatorer. Utvalgte membraner ble levert for prototypetestingen i Spania.
Med SERPICs teknologiske multibarriere-tilnærming gjennomgikk sekundært utløpsvann fra et kommunalt avløpsrenseanlegg en rekke gjenbrukbehandlinger: En nanofiltrering separerte utløpsvannet i en høy-kvalitets permeatstrøm (Rute A) og en mer forurenset konsentratstrøm (Rute B). Vannet i Rute A ble desinfisert med ozongass, elektrolytisk generert ved bruk av diamantelektroder, for trygg irrigasjon av avlinger. CECs i Rute B ble nedbrutt ved hjelp av persulfat, elektrolytisk generert ved bruk av diamantelektroder, for sikker utslipp til det akvatiske miljøet. En prototypeanlegg ble installert og testet i et langtidsfeltforsøk ved å irrigere avlinger med det behandlede vannet. CECs i vannet fra Rute A, brukt til irrigasjon, ble redusert med 90-99 %, mens CECs i vannet fra Rute B, brukt til utslipp, ble redusert med 70-99 %. Resultatene gir nye muligheter for nanofiltrering som en sentral separasjonsmetode for CECs. Nanofiltrering muliggjør også en svært ren permeat som kan brukes til irrigasjon, industri og drikkevann.
A combination of advanced treatment techniques was applied to evaluate the removal efficiency of contaminants of emerging concern (CECs) and antimicrobial resistance (AMR) from wastewater treatment plant (WWTP) effluents. The results confirmed the effectiveness of the multi-barrier approach, integrating nanofiltration (NF), electrogenerated ozone, and persulfate-based oxidation, in significantly reducing CEC levels and mitigating AMR.
Sampling at various points within the treatment process in the pilot plant provided a comprehensive assessment of the technology’s efficacy, comparison of different treatment steps, and their impact on the removal efficiency of selected CECs including ARGs. SERPIC also focused on the environmental implications of WWTP discharge into surface waters. By implementing the novel treatment approach, the project demonstrated a reduction of over 90% of selected CECs in the treated permeate stream and an 80–99% reduction in the concentrate stream. The effectiveness of these reductions supports regulatory compliance with the revised UWWTD on CEC limits in WWTP effluents. The project addressed concerns regarding the presence and distribution of AMR bacteria and genes in treated wastewater. The multi-step treatment significantly reduced AMR bacteria and genes, ensuring safer water discharge and reuse. The integration of NF and ozone-based disinfection played a crucial role in eliminating bacterial threats, mitigating the spread of AMR in the environment.
Long-term field trials using treated effluent for agricultural irrigation provided valuable insights into the fate of residual CECs in soil and crops. Ongoing analyses will quantify these effects. The results will support future regulatory frameworks for safe irrigation practices and hopefully demonstrate the feasibility of water reuse in agriculture without significant risks to food safety.
The economic and societal impacts of SERPIC are expected to come from successful demonstration of innovative treatment which paves the way for its implementation in WWTPs, offering a cost-effective and environmentally friendly alternative to conventional methods. The knowledge gained provides valuable input for decision-makers, WWTP operators, and water treatment equipment suppliers. By establishing new benchmarks for CEC and AMR removal, SERPIC contributes to a healthier aquatic environment and promotes the sustainable reuse of treated wastewater.
The project findings support the long-term goal of securing clean water resources while reducing the environmental footprint of wastewater treatment. The advancements in membrane technology and oxidation processes developed through SERPIC serve as a foundation for future improvements in water purification systems, ultimately benefiting public health, agriculture, and industry.
SERPIC will develop an integral technology, based on a multi-barrier approach, to treat the effluents of wastewater treatment plants (WWTP) to maximise the reduction of contaminants of emerging concern (CEC).
SERPIC treatment solution delivers two streams of water with minimised CEC content: i) high quality stream of water to be used for irrigation of crops for food production (Route A) and ii) good water quality stream to be discharged into the aquatic system allowing to minimize the spread of contaminants into the environment (Route B).
A membrane nanofiltration (NF) will be applied to reduce CEC in permeate stream by at least 90% while retaining the nutrients. A residual disinfection using chlorine dioxide produced electrochemically will be added to the stream used for crops irrigation (Route A). The CEC in the polluted concentrate stream will be reduced by at least 80% by light driven electrochemical oxidation. When discharged into the aquatic system (route B), it will contribute to the quality improvement of the water body.
CEC spread investigation will be done at 4 regional showcases in Europe and Africa. A prototype treatment plant will be set-up and evaluated for irrigation in long-term tests using test pots. Transfer concepts will be developed to transfer the results of the treatment technology to other regions.
NIVA participates in the development of the NF technology, to effectively separate target CEC from the nutrients essential for crops during irrigation. Main tasks include selection of best performing membranes, suitable concentrate treatment methods, and identification of optimal operating conditions for high rejection of CEC such as ARGs. The performance of commercially available membranes tested in the bench-scale and/or pilot-scale systems using real effluent from the Bekkelaget WWTP will be evaluated. Once completed, the best performing membrane modules will selected for integration in the membrane plant at the municipal WWTP of Ciudad Real.
