Endringer i råvannskvalitet og virkninger på vannrensing

Transkript

1 VA-dagane på Vestlandet, Haugesund, Sep, 2014 Eikebrokk 1985 Endringer i råvannskvalitet og virkninger på vannrensing Hvilke følger får klimaendringene for råvann og vannbehandlingsprosesser? Bjørnar Eikebrokk, Sjefforsker SINTEF Teknologi for et bedre samfunn 1

2 Klimaendringer og råvannskvalitet (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, ) Varmere, villere og våtere. "Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industriland, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann" "I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet" Teknologi for et bedre samfunn 2

3 Vannforsyning og klimatilpasning (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, ) Kommunenes beredskapsplaner kan utvides til å omfatte forstyrrelser i drikkevannsforsyningen som skyldes ekstremvær eller andre virkninger av klimaendringer Kommunen kan også sørge for bedret beredskap i vannforsyningen for å hindre eller begrense akutte endringer i vannkvalitet: Flomsikring av tekniske anlegg og styrking av eksisterende barrierer, for eksempel ved å øke UVkapasiteten Vannverkseier kan foreta en vurdering av hvilke virkninger ekstremvær som kraftig nedbør og flom vil ha, og identifisere muligheter for å redusere forurensing av vannkildene eller bedre vannbehandlingen Meldingen sier lite om HVORDAN man kan/bør styrke barrierene og bedre vannbehandlingen for å møte klimatruslene Teknologi for et bedre samfunn 3

4 Hva sier så det internasjonale Klimapanelet? Key risks at global scale (Utdrag) Climate change is projected to reduce raw water quality, posing risks to drinking water quality even with conventional treatment. The sources for the risks are increased temperature, increases in sediments, nutrient and pollutant loadings due to heavy rainfall, reduced dilution of pollutants during droughts, and disruption of treatment facilities during floods In regions with snowfall, climate change has altered observed streamflow seasonality, and increasing alterations due to climate change are projected. Except in very cold regions, warming in the last decades has reduced the spring maximum snow depth and brought forward the spring maximum of snowmelt discharge; smaller snowmelt floods, increased winter flows and reduced summer low flows have all been observed. River ice in Arctic rivers has been observed to break up earlier Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Observed changes in water quality For lakes and reservoirs, the most frequently reported change is more intense eutrophication and algal blooms at higher temperatures, or shorter hydraulic retention times and higher nutrient loads resulting from increased storm runoff. Greater runoff results in greater loads of salts, faecal coliforms, pathogens and heavy metals In some cases there are associated impacts on health. For instance, hospital admissions for gastrointestinal illness in elderly people increased by 10% when turbidity increased in the raw water of a drinking water plant even when treated using conventional procedures For rivers, all reported impacts on water quality were negative. Greater runoff, instead of diluting pollution, swept more pollutants from the soil into watercourses Increased organic matter content impaired the quality of conventionally treated drinking water Teknologi for et bedre samfunn 5

6 19 IPCC Study Locations Teknologi for et bedre samfunn 6

7 Nedbør/flom Næringsstoffer Alger Temp ph NOMr Temp NOM Variasjoner Patogener Teknologi for et bedre samfunn 7

8 Projected changes in water quality Climate change affects the quality of water through a complex set of natural and anthropogenic mechanisms working concurrently in parallel and in series Projections under climate-change scenarios are difficult, both to perform and interpret, because they require not only integration of the climate models with those used to analyze the transportation and transformation of pollutants in water, soil, and air but also the establishment of a proper baseline The models have different spatial scales and have to be adapted and calibrated to local conditions for which adequate and appropriate information is needed. In consequence, there are few projections of the impacts of climate change on water quality; where available, their uncertainty is high It is evident, however, that water-quality projections depend strongly on (a) local conditions; (b) climatic and environmental assumptions; and (c) the current or reference pollution state Most projections suggest that future negative impacts will be similar in kind to those already observed in response to change and variability in air and water temperature, precipitation and storm runoff, and to many confounding anthropogenic factors Teknologi for et bedre samfunn 8

9 Projected impacts and risks: Municipal water services are confronted with Higher ambient temperatures, which reduce snow and ice volumes and increase the evaporation rate from lakes, reservoirs and aquifers. These changes decrease natural storage of water and hence, unless precipitation increases, its availability. Moreover, higher ambient temperatures increase water demand, and with it the competition for the resource Shifts in timing of river flows and possible more frequent or intense droughts, which increase the need for artificial water storage Higher water temperatures, which encourage algal blooms and increase risks from cyanotoxins and natural organic matter in water sources, requiring additional or new treatment of drinking water. On the positive side, biological water and wastewater treatment is more efficient when the water is warmer Possibly drier conditions, which increase pollutant concentrations. This is a concern especially for groundwater sources that are already of low quality, even when pollution is natural (As, Fe, Mn, F) Increased storm runoff, which increases loads of pathogens, nutrients and suspended sediment. Sea-level rise, which increases the salinity of coastal aquifers Teknologi for et bedre samfunn 9

10 Projected impacts and risks: Municipal water Climate change also impacts water quality indirectly. For instance, at present many cities rely on water from forested catchments that requires very little treatment. More frequent and severe forest wildfires could seriously degrade water quality (Jfr. Sweden ) Many drinking-water treatment plants especially small ones are not designed to handle the more extreme influent variations that are to be expected under climate change Teknologi for et bedre samfunn 10

11 Klimaendringer og NOM P. Ericsson, 2011 Teknologi for et bedre samfunn

12 Eikebrokk 1985 Hvorfor så opptatt av NOM? 10 gode grunner P. Wang Gir farge, lukt og smak på vannet 2. Øker dosebehovet for koagulant og desinfeksjonsmiddel (klor, O 3, UV) 3. Påvirker desinfeksjonseffektivitet og barrierer - og danner DBP 4. Påvirker fjerningen av uorganiske partikler og mikroorganismer 5. Øker mobilitet og tilgjengelighet/inntak av mikroforurensninger 6. Danner biofilm/belegg (fouling) på membraner og i ledninger også innomhus 7. Blokkerer porer i AC-filtre og utkonkurrerer lukt/smak/mikroforurensninger 8. Øker mengden slam/avfall 9. Påvirker så vel vannbehandling som distribusjon 10. Økende innhold og større sesongmessige variasjoner i NOM-mengde og sammensetning gir utfordringer for drift av vannbehandlingsanlegg, for driftskontrollsystemer, og for prosessvalg og dimensjonering Teknologi for et bedre samfunn 12

13 Råvannsfarge (mg Pt/L) Råvannsfarge (mg Pt/L) Råvannsfarge (mg Pt/L) Råvannsfarge (mg Pt/L) Økende fargetall i Oslos drikkevannskilder Slik som i SVE, GBR, GER, USA, CAN, ++ Oset - Maridalsvannet 50 mer nedbør; mer løvtrær; 40 mindre sur nedbør? Elvåga - Skullerud Viktigste NOM-drivere: Økt temp&primærprod; Max 10 Middel Min Langlia Max Middel Holsfjorden Hva om vi får "skotske forhold" med fargetall > 400? Min 20 Max Middel 10 Min Max Middel Teknologi for et bedre samfunn 13

14 Mulige årsaker til økende NOM Possible reasons for NOM increase Modified after Forsberg 1992; Liltved 2002 Ø k t m e n g d e Increased amount of d r iv h u s g a s s e r ; greenhouse COgases 2, C H 4, K(CO F K, 2, e tc. CH 4, N 2 O, CFC, etc) (From Liltved 2002, Forsberg 1992) Temp increase ( C per decade) Ø k t å r s m id d e l- te m p e r a tu r, 0,2-0,7 C p r d e k a d e Increased precipitation Ø k t n e d b ø r Increased Ø k t a v r en n inrunoff g Increased Ø k t N - n e d fa ll atmospheric N deposition Ø k t fo to s yn te s e Increased photosynthesis Ø k t p la n te v e k s t Increased primary production Higher ground water level H ø y e r e g r u n n v a n n s - n iv å Elevated tree line Increased amount Ø k t m e n g d e p la n te a v fa ll of plant residues Ø k t n e d b r ytn in g s - h a s tig h et Increased rate of degradation M e r m yr - og v å tm a r k s - o m r å d e r More moors and peatland areas Ø k t p r o d u k s jo n a v N O M Increased NOM production Ø k te tilfø r s le r av NOM Increased flux of NOM Less acid rain, less S, less Al, less natural coagulation H ø y e r e fa r g e ta ll o g o r g a n is k k a r b o n i e lv e r o g in n s jø e r Increased source water color, UV-abs and organic carbon Teknologi for et bedre samfunn 14

15 Lokale avrenningsprojeksjoner Projeksjoner for Oslo VAV 2040 (Killingtveit, 2014) Ingen endring i avrenningsmengde fra Maridalsvannet Økt temperatur og økt fordamping balanserer den økte nedbør Men fordelingen av avrenningen over året vil endres Mildere vintre og mindre snømagasinering, flere tine-frysesykluser Mindre vårflom økt høstflom Vil dette gi økt NOM - og/eller endring i NOM-egenskaper? Mer alger? Flere patogener? Teknologi for et bedre samfunn 15

16 Vannbehandling, NOM og klimarobusthet Teknologi for et bedre samfunn 16

17 NOM removal technologies used in Norway NOM--> DOC, Colour, UV-abs Eikebrokk 1985 affects treatment, disinfection, and distribution including corrosion, regrowth, precipitation, deposition, adsorption Enhanced coagulation 120 WTPs Ozonation - GAC - biofiltration 35 WTPs Nanofiltration 110 WTPs Teknologi for et bedre samfunn 17

18 Ozon-biofilteranlegg (OBF) med alkalisk forfiltrering Økt NOM/VHA/farge økt ozonbehov økt BDOC økt vekst? Lavere temp økt Ct-krav økt ozonbehov red BF-effekt/økt BDOC økt vekst? Net O 3 NaOCl CO 2 Lake Norsjø O 3 contact - CaCO 3 filter - Biofilter CW tank - UV - NaOCl Norsk Vann-rapport (2014): Erfaringer med OBF-anlegg i Norge Teknologi for et bedre samfunn 18

19 Nanofiltration - NF Økt NOM mer belegg/fouling mer klor/vask økt dannelse av klorforbindelser/klorfenoler mer anisoler/mer lukt/smak? Pre-treatment : 50 µm sieve Design flux: l/m 2 h Module: Spiral wound Pore size: 3 nm (1-5) Membranes: CA Recovery: 70-80% Cleaning: Frequent (every night) Challenges: Fouling, regrowth, taste&odour? Åfjord og Hitra ( ): Omfattende analyse av lukt/smakstoffer Teknologi for et bedre samfunn 19

20 Effekter av klimaendringer/økt NOM: Koagulering NOM--> DOC, Colour, UV-abs affects treatment, disinfection, distribution Eikebrokk 1985 Effekter av klimaendringer og økt NOM på koag-anlegg Enhanced coagulation 120 WTPs Økt koagulantbehov Økt slamproduksjon Økt TOC i rentvann Kortere filtersykluser og økt spylevannsforbruk Raskere trykktapsutvikling Hvis også mer alger økt trykktap/blokkering av filtersenger, og mer hydrofile, dårlig koagulerbare NOM-fraksjoner (NEU) Teknologi for et bedre samfunn 20

21 Klimaendringer og økende NOM kan kreve supplerende vannbehandlingstrinn (AC, UF, MIEX, etc) En optimalisering vannbehandlingen vil ikke alltid være tilstrekkelig.. Teknologi for et bedre samfunn 21

22 Görvälnverket, Norrvatten, SE x Blokkeres av NOM Nytt NF-trinn? Teknologi for et bedre samfunn 22

23 Mer alger flere problemer i vannforsyningen Lukt/smak, toksiner, vanskelig fjernbar NOM, trykktap i filtre AWWARF 2004; Hall et al 2005 Risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filterseng Teknologi for et bedre samfunn 23

24 "Kokende" filtersenger Konkrete eksempler i Norge Alger kan gi høye trykktap og økt risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filtersenger Jfr. gassen som kommer ut av seltersflaska når korken tas av og trykket fjernes Slike gassbobler kan fullstendig blokkere et filter og redusere behandlingskapasiteten dramatisk Økt NOM + alger: En utfordring! Teknologi for et bedre samfunn 24

25 Jonsvatnet Vinteren 2014 Et ekstremt værfenomen eller en uforutsett effekt av klimaendringer? Teknologi for et bedre samfunn 25

26 Lufttemperatur ( C) Jonsvatnet Vinteren 2014 Vindstyrke og lufttemp, Sagelva (8. jan-24. feb 2014) (Killingtveit/Alfredsen, 2014) -10 Vanntemperatur (Tronhus/Kierulf, 2014) -15 MAX AVG MIN 4 Råvannstemperatur VIVA 2014 ( C) Vindstyrke (m/s) MAX AVG MIN 3 2 En mild og vindfull førjulsvinter intet isdekke Teknologi for et bedre samfunn 26

27 Jonsvatnet Vinteren 2014 Vanntemperaturer målt ved VIVA (Tronhus, 2014) 4 Råvannstemperatur VIVA 2014 ( C) Et klimaendringens paradoks: En av de varmeste vintre, men det kaldeste kranvannet ever C 0 Teknologi for et bedre samfunn 27

28 1. januar 11. januar 21. januar 31. januar 10. februar 20. februar 1. mars 11. mars 21. mars 31. mars C Arendal: Råvannstemperatur i Jan, Feb, Mar ( C) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, ,0 Teknologi for et bedre samfunn 28

29 Temperaturen kan også påvirke dannelsen av belegg og biofilm i ledningsnettet.. (Modifisert etter Vreeburg et al., 2007) Suspended solids (BDOC and dissolved solids, incl Me) Regular deposition & resuspension Biofilm formation & sloughing Corrosion Precipitation & adsorption Suspended solids (BDOC and dissolved solids, incl. Me) Loose deposits with "inhabitants" J.H.G. Vreeburg Teknologi for et bedre samfunn 29

30 Mulige effekter av ekstremt lave vintervanntemperaturer Fare for is/sarrdannelse i installasjoner/vannbehandlingsanlegg Økte Ct-krav for samme log-red ved klorering og ozonering for samme t kreves % høyere dose C ved 0.5 C enn ved 4 C Økt ozondose og redusert biologisk omsetningshastighet i desinfeksjon og vannbehandling økt biologisk vekstpotensial i rentvann og nettvann Lav vanntemp gir mindre biologisk vekst i ledninger utomhus, men mer innomhus? Lav temp påvirker drift og kostnader for UV-desinfeksjonsanlegg lamper tenner ikke; redusert levetid på lamper når temp < 5 C? Lavere sedimenteringshastighet og økte filtertrykktap i VBA Lav temp: Et viktig kriterium ved valg av vannbehandlingsmetode? Teknologi for et bedre samfunn 30

31 Kommunens renseanlegg har siden slutten av forrige uke vært slått ut av varmen, og vannet i springen har derfor vært urenset og misfarget. Over en uke senere er problemene ved kommunens renseanlegg fortsatt ikke løst. Vi har problemer med å få renset vannet vårt her ute på Røst. Den kraftige varmen har gjort at vi har fått for varmt vann i bassenget vi tar vann fra. Det blir en oppblomstring av alger og da blir det vanskelig å få renset vannet. Teknologi for et bedre samfunn 31

32 Husebybadet er friskmeldt etter Legionellautbrudd (Adresseavisen 26 aug 2014) Mann innlagt på sykehus med legionella. Beboerne i ei høyblokk i Trondheim har fått beskjed om å rense dusjene sine Adresseavisen 6. sep 2012 Hurtigrute-passasjer smittet av legionella (Lofotposten 13 aug 2014) Første registrerte utbrudd i Norge var i Stavanger personer ble smittet, 7 av dem døde ) Teknologi for et bedre samfunn 32

33 Utfordringene er globale løsningene lokale.. "The influence of NOM and the potential changes in its character due to impacts from climate change and ozone depletion cannot be ignored" (Environmentalist, Springer Sci., DOT /s , 2007, Australia) "Better monitoring needed - Higher likelihood of microorganisms in drinking waters, cannot wait for outbreaks to occur. Early detection tools in real time is needed" (Jour. AWWA Sep 2003, USA) "Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industriland, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann" "I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet" (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, ) Kjenn ditt råvann og ditt anlegg og vær beredt! Teknologi for et bedre samfunn 33