Utvidelse av Sandefjord renseanlegg med biologisk trinn

Transkript

1 Utvidelse av Sandefjord renseanlegg med biologisk trinn Revidert skisseprosjekt Aquateam - Norsk vannteknologisk senter A/S Rapport nr: Prosjekt nr: Prosjektleder: Siv.ing. Kjell Terje Nedland Medarbeider: Dr. ing. Bjørn Rusten Dato: Side 1 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

2 aquateam RAPPORT Postboks 6875 Rodeløkka Rapportnummer: Oslo Tilgjengelighet: Begrenset Telefon: Telefaks: Rapportens tittel Utvidelse av Sandefjord renseanlegg med biologisk trinn Revidert skisseprosjekt Forfatter(e) sign. Dato Antall sider og bilag 18 Ansv. sign. Bjørn Rusten Kjell Terje Nedland Prosjektnummer O Oppdragsgiver Sandefjord kommune Oppdr.givers ref. Øystein Tranvåg Sammendrag Sandefjord kommune har satt i gang et omfattende arbeid med å vurdere alternative muligheter for å tilfredsstille kravene til sekundærrensing på Sandefjord renseanlegg. I 2004 ble det gjennomført et skisseprosjekt for utvidelse av renseanlegget med et biologisk rensetrinn. Det ble den gang påpekt en del usikkerheter, både med hensyn til analysene brukt til å beregne dimensjonerende belastninger, og med hensyn til grunnforholdene på stedet. Det ble derfor besluttet å gjennomføre et revidert skisseprosjekt i Analyser utført parallelt på flere laboratorier indikerer at resultatene fra Søndre Vestfold Mat- og miljøanalyser (SvmLab) er de mest riktige. Konklusjonen er derfor at belastningene av organisk stoff målt på Sandefjord renseanlegg i 2004 må anses som representative. Grunnundersøkelser og kostnadsberegninger utført av Multiconsult høsten 2004 viser at grunnarbeidene vil bli betydelig enklere og betydelig rimeligere enn forutsatt i opprinnelig skisseprosjekt. Det oppgraderte renseanlegget er dimensjonert for forventet belastning i Vannmengdene er satt til Q MIDDEL = m 3 /h og Q DIM = m 3 /h. Maksimale vannmengder er henholdsvis m 3 /h gjennom forsedimentering og m 3 /h gjennom nytt biologisk-kjemisk rensetrinn. Basert på analysene fra 2004 og første del av 2005 er dimensjonerende belastninger beregnet til kg BOF 5 /d inn til renseanlegget (tilsvarer PE) og kg BOF 5 /d inn til biologisk trinn. Forbehandlet/forsedimentert avløpsvann forutsettes pumpet til biofilmreaktorene, som er basert på Kaldnes Moving Bed-prosessen. De er dimensjonert for en belastning på 5,8 g BOF 5 /m 2 /d ved 4,5 C. Flotasjonsprosessen er dimensjonert for en overflatebelasting på 5,0 m/h ved Q DIM. Total midlere slamproduksjon, inklusive primærslam, er beregnet til ca kg TS/d. Netto arealbehov for det nye biologisk-kjemiske rensetrinnet er ca m 2. Reviderte investeringskostnader for nytt biologisk-kjemisk rensetrinn er beregnet til ca. 64 millioner kr. Økningen i drifts- og vedlikeholdskostnader, i forhold til fortsatt drift av et eksisterende primærfellingsanlegg, er anslått til ca. 2,5 millioner kr/år. Det kan i tillegg bli nødvendig å utvide slambehandlingsanlegget. Kostnadene for dette er ikke tatt med. Oppgradering Organisk stoff Biologisk trinn Flotasjon Kostnader Stikkord - norsk Stikkord - engelsk Upgrading Organic matter Biological stage Flotation Costs Dato: Side 2 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

3 Innholdsfortegnelse 1. Innledning Beskrivelse av renseanlegget Eksisterende renseanlegg Forslag til utbygd renseanlegg med biologisk rensetrinn Sammenligning av analyser Renseanleggets belastninger Nåværende belastninger Antatt dimensjonerende belastninger i Dimensjonering av nytt biologisk-kjemisk rensetrinn Biofilmreaktorer Flokkulering og flotasjon Slamproduksjon Arealbehov Kostnadsberegninger Forutsetninger Kostnader...17 Dato: Side 3 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

4 1. Innledning I forslaget til ny avløpsforskrift åpnes det for at renseanlegg som klarer 90 % fosforfjerning på årsbasis vil få utsettelse med å overholde kravet til sekundærrensing i EUs avløpsdirektiv. Sekundærrensekravet vil først tre i kraft når man gjennomfører en vesentlig endring på renseanlegget. Sandefjord renseanlegg har periodevis meget tynt avløpsvann, som gjør at man sliter med å klare 90 % fosforfjerning. Sandefjord kommune har i samarbeid med Aquateam AS sett på forskjellige løsninger for å få 90 % fosforrensing på anlegget, og for å kunne overholde kravene til sekundærrensing. Dette arbeidet har munnet ut i en rekke mindre forbedringer av driften av renseanlegget, slik at man i siste halvår 2003 hadde en renseeffekt på over 90 % for totalfosfor. Også i 2004 hadde man en renseeffekt på godt over 90 % for totalfosfor. Imidlertid vil ikke anlegget kunne klare dette rensekravet i nedbørrike år, på grunn av alt fremmedvannet som kommer inn med de store bekkelukkingene. Kommunen har satt i gang et omfattende arbeid med sanering av ledningsnettet for å begrense mengden infiltrasjonsvann og overvann som kommer fram til renseanlegget. Dette arbeidet vil imidlertid ta mange år, og i mellomtiden kan renseanlegget få problemer med å klare kravet til 90 % fosforfjerning. Uten dispensasjon betyr mindre enn 90 % fosforfjerning at renseanlegget må bygges om for å fjerne organisk stoff i henhold til sekundærrensekravet i forslaget til avløpsforskrift. Parallelt med saneringen av ledningsnettet har derfor Sandefjord kommune fortsatt prosessen hvor man ser på forskjellige tiltak for å klare kravene til sekundærrensing. Disse tiltakene inkluderer en rekke alternativer, som for eksempel bedre kjemisk rensing på Sandefjord renseanlegg, forrensing av industripåslipp, biologisk rensing av delstrømmer, eller bygging av et komplett biologisk rensetrinn. Kommunen ønsker i utgangspunktet ikke å gjennomføre slike tiltak, så lenge vannmengdene etter hvert vil bli redusert på grunn av saneringsarbeidet. Kommunen ønsker likevel å få et godt kostnadsgrunnlag for en eventuell fremtidig utvidelse av anlegget. Aquateam er engasjert i flere deler av prosessen, og hadde blant annet i 2004 i oppdrag å gjennomføre et skisseprosjekt for utvidelse av Sandefjord renseanlegg med et biologisk rensetrinn. På grunnlag av tidligere arbeid med vurdering av forskjellige alternative løsninger, hadde kommunen kommet frem til at biofilter og flotasjon etter eksisterende anlegg var det mest økonomiske alternativet. Dette var derfor det alternativet som ble beregnet i skisseprosjektet. De dataene og det dimensjoneringsgrunnlaget som var tilgjengelig i 2004 resulterte i en dimensjonerende belastning for Sandefjord renseanlegg i år 2020 på drøyt personekvivalenter. Dette var en god del høyere enn det kommunen forventet, ut fra den befolkningen og de industribedriftene man har i området. Det ble derfor stilt spørsmålstegn ved de analyseresultatene som fantes, og det ble anbefalt å gjennomføre noen prøveserier med parallelle analyser på flere laboratorier. Dette har nå blitt gjort. Samtidig har det blitt gjennomført grunnundersøkelser, hvor informasjonen har blitt brukt til å foreta kostnadsberegninger for grunnarbeider. Med basis i denne nye informasjonen har Sandefjord kommune bedt Aquateam om å foreta en revisjon av skisseprosjektet. I det reviderte skisseprosjektet er det angitt hvilke endringer som er et resultat av den nye informasjonen som har blitt hentet inn i løpet av det siste året. Dato: Side 4 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

5 2. Beskrivelse av renseanlegget 2.1. Eksisterende renseanlegg Sandefjord renseanlegg er et mekanisk renseanlegg som tidligere er oppgradert til kjemisk rensing. Avløpsvannet pumpes inn til anlegget med skruepumper og passerer deretter forbehandling i form av rister (type MEVA) og sandfang. Ekoflock 90 brukes som fellingskjemikalium, og polymer tilsettes i sandfang. Flokkuleringen skjer i statiske flokkulatorer plassert i sedimenteringsbassengene. Anlegget har 4 sedimenteringsbassenger i parallell, med et vanndyp på 3,5 m og et totalt overflateareal på 600 m 2. Slambehandlingen består av fortykking, pasteurisering, anaerob stabilisering, avvanning og lagring i tørrslamsilo. Sedimenteringsbassengene har en maksimal hydraulisk kapasitet på m 3 /h. Overskytende vannmengder går i omløp Forslag til utbygd renseanlegg med biologisk rensetrinn Figur 1 viser den antatt beste løsningen for utbygging av Sandefjord renseanlegg med et biologisk rensetrinn. Eksisterende anlegg brukes til forbehandling og forsedimentering. Vannmengder over m 3 /h ledes forbi forsedimenteringen og til den nye delen. Fra eksisterende del må vannet pumpes til den nye delen, som dimensjoneres for en maksimal vannmengde på m 3 /h. Det nye biologiske rensetrinnet vil bestå av to Kaldnes Moving Bed biofilmreaktorer i parallell. Disse etterfølges av et kjemisk rensetrinn med tilsetting av fellingskjemikalier (f. eks. PAX) og eventuell polymer, to-trinns flokkulering og partikkelseparasjon ved hjelp av flotasjon. Sand/ fett Forsed. PAX BOF fjerning Moving Bed Flokk. Flotasjon Eksisterende del Ny del Figur 1. Forenklet flytskjema for Sandefjord renseanlegg, etter eventuell utbygging med Kaldnes Moving Bed biofilmanlegg og flotasjon. Dato: Side 5 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

6 3. Sammenligning av analyser I desember 2003 ble det for to innløpsprøver målt åpenbart feilaktige og altfor høye konsentrasjoner av BOF 5 og KOF. Disse ble ikke brukt i det opprinnelige dimensjoneringsgrunnlaget, men de var én av årsakene til at det ble besluttet å ta en del parallelle analyser på flere laboratorier. Fra juni til og med desember 2004 ble det foretatt en del parallelle analyser. De første prøvene ble analysert hos AnalyCen, VestfoldLAB og Søndre Vestfold Mat- og miljøanalyser (SvmLab). Deretter ble prøvene bare analysert hos VestfoldLAB og SvmLab. Resultatene er vist i figurene 2 til BOF 5, mg/l Inn, SvmLab Ut, SvmLab Inn, VestfoldLAB Ut, VestfoldLAB Inn, AnalyCen Ut, AnalyCen Prøve Figur 2. Innløps- og utløpskonsentrasjoner av BOF 5 for Sandefjord renseanlegg, analysert på forskjellige laboratorier. Det er til dels ekstremt store avvik på enkelte av prøvene. AnalyCen hadde klart lavere KOF på prøve 1 og klart høyere KOF på prøve 2 enn de andre laboratoriene, målt på innløp. Samtidig hadde AnalyCen ekstremt lave innløpskonsentrasjoner av BOF 5, men VestfoldLAB hadde også en meget lav innløpskonsentrasjon av BOF 5 på prøve 2. For utløpskonsentrasjonene av KOF var det meget bra samsvar mellom de tre laboratoriene. Dette tyder på at man behersker analyseteknikken for KOF når det er lite med partikler i prøvene. Resultatene fra AnalyCen viste BOF 5 /KOF-forhold fra 0,17 til 0,30, med en middelverdi på 0,24. Dette er så lavt at det indikerer et avløpsvann hvor bakterievirksomheten vil være kraftig hemmet av giftige stoffer. Til sammenligning hadde VestfoldLAB og SvmLab et midlere BOF 5 /KOF-forhold på 0,45. På 7 av de 9 innløpsprøvene var det meget godt samsvar mellom BOF 5 -analysene fra VestfoldLAB og SvmLab. På prøve 2 var SvmLAb betydelig høyere, og på prøve 9 betydelig lavere enn VestfoldLAB. Figur 5, hvor innløpskonsentrasjonene er vist som en funksjon av døgnvannføringen på renseanlegget, indikerer at det er analyseresultatene fra SvmLab som er mest riktige. Dato: Side 6 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

7 KOF, mg/l Inn, SvmLab Ut, SvmLab Inn, VestfoldLAB Ut, VestfoldLAB Inn, AnalyCen Ut, AnalyCen Prøve Figur 3. Innløps- og utløpskonsentrasjoner av KOF for Sandefjord renseanlegg, analysert på forskjellige laboratorier. 0,7 0,6 BOF 5 /KOF, mg/l 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Inn, SvmLab Ut, SvmLab Inn, VestfoldLAB Ut, VestfoldLAB Inn, AnalyCen Ut, AnalyCen Prøve Figur 4. BOF 5 /KOF-forhold for innløps- og utløpsprøver fra Sandefjord renseanlegg, analysert på forskjellige laboratorier. Dato: Side 7 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

8 Innløpskonsentrasjon, mg/l KOF, SvmLab BOF5, SvmLab KOF, VestfoldLAB BOF5, VestfoldLAB KOF, AnalyCen BOF5, AnalyCen Vannmengde, m 3 /d Figur 5. Innløpskonsentrasjoner av BOF 5 og KOF for Sandefjord renseanlegg, vist som funksjon av døgnvannføring inn til renseanlegget. Middelverdier for innløps- og utløpskonsentrasjoner av BOF 5, målt på VestfoldLAB og SvmLab, er vist i tabell 1. SvmLab hadde bare ubetydelig høyere gjennomsnittlig innløpskonsentrasjon enn VestfoldLAB. Dessuten indikerer en totalvurdering av resultatene at SvmLab hadde færre uteliggere enn de andre laboratoriene. Tabell 1. Gjennomsnittlige innløps- og utløpskonsentrasjoner av BOF 5, basert på 9 prøver. Laboratorium Innløpskonsentrasjon, mg BOF 5 /l Utløpskonsentrasjon, mg BOF 5 /l VestfoldLAB 65,3 24,7 SvmLab 68,6 21,2 Analysene utført parallelt på flere laboratorier indikerer at resultatene fra SvmLab er de mest riktige. Kontrollprøvene for hele 2004, analysert hos SvmLab, hadde et midlere BOF 5 /KOFforhold på 0,44. Dette er en normal verdi for norsk avløpsvann. Konklusjonen er derfor at de belastningene av organisk stoff som er målt på Sandefjord renseanlegg i 2004 må anses som representative. Dato: Side 8 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

9 4. Renseanleggets belastninger Når det gjelder hydrauliske belastninger er det ikke gjort noen endringer fra det opprinnelige skisseprosjektet. Dataene fra 2003 er fortsatt brukt. For organisk stoff er det brukt nye belastninger fra 2004 og første del av 2005, men for sammenligningens skyld er også belastningene fra det opprinnelige skisseprosjektet vist Nåværende belastninger Vannmengdefordelingen inn til Sandefjord renseanlegg i 2003 er vist i figur 6. Q DIM, definert som den maksimale timetilrenningen som overskrides i 50 % av årets døgn, var på m 3 /h. I 85 % av dagene var den maksimale timetilrenningen m 3 /h. I 90 % av tiden var døgnvannføringen m 3 /d Makstime Middeltime Vannmengdefordeling 2003 Sandefjord r.a. Middeldøgn 80 % 90 % 4000 m 3 /h Døgn Figur 6. Vannmengdefordeling inn til Sandefjord renseanlegg i Tilførslene av BOF 5, KOF og total P i avløpsvannet til renseanlegget i perioden fra til , brukt i det opprinnelige skisseprosjektet, er vist i tabell 2. Tilsvarende tilførsler i perioden fra til er også vist i tabell 2. De åpenbart feilaktige og altfor høye målingene av BOF 5 og KOF fra og er ikke tatt med. Det interessante med tabell 2 er at de nye målingene viser at tilførslen av organisk stoff har økt basert på KOF-analysene, men avtatt basert på BOF 5 -analysene. Basert på medianverdiene sank BOF 5 /KOF-forholdet fra 0,51 til 0,44. Vi har ingen grunn til å tvile på de belastningene av organisk stoff som er målt i 2004 og begynnelsen av Tallene fra den siste perioden i tabell 2 vil derfor bli brukt som grunnlag for dimensjonering. Dato: Side 9 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

10 Tabell 2. Stoffmengder tilført Sandefjord renseanlegg med innkommende avløpsvann i angitte perioder. Fra til Fra til BOF 5 KOF Total P BOF 5 KOF Total P Middel, kg/d , ,8 Maksimum, kg/d , ,6 Minimum, kg/d , ,7 Median, kg/d , ,8 80-persentil, kg/d , ,1 90-persentil, kg/d , ,3 Antall målinger Tilførslene i tabell 2 inkluderer ikke septik, som utgjorde m 3 i Den største døgnbelastningen var på 120 m 3 septik i juli, men den kritiske perioden er om våren med lave vanntemperaturer. I mai var den største døgnbelastningen på 103 m 3 septik. Konsentrasjonene i septikslammet er målt til 154 g total P/m 3, g BOF 5 /m 3 og g KOF/m 3. Disse konsentrasjonene er brukt i etterfølgende beregninger Antatt dimensjonerende belastninger i 2020 På grunn av de saneringene som pågår på ledningsnettet forventes det ingen økning i vannmengdene. Maksimalvannmengdene i nedbørsituasjoner forventes å bli redusert. Dimensjonerende vannmengder for et oppgradert renseanlegg er vist i tabell 3. Tabell 3. Dimensjonerende vannmengder for et oppgradert renseanlegg. Midlere vannmengde (Q MIDDEL ) m 3 /h Dimensjonerende vannmengde (Q DIM ) m 3 /h Maksimal vannføring gjennom forsedimentering (Q MAKS FS ) m 3 /h Maksimal vannføring gjennom biologisk trinn (Q MAKS BIO ) m 3 /h Fram til 2020 forventes en befolkningsvekst på 1 % pr. år i rensedistriktet. Dette vil tilsvare en økning i tilknytningen til renseanlegget på personer fra 2005 til Hver person antas å bidra med en dimensjonerende belastning på 60 g BOF 5 /d, 120 g KOF/d og 1,6 g total P/d. Midlere belastning fra disse personene er antatt å være 75 % av dimensjonerende belastning. Videre forventes det utbygging av ca da med nye næringsområder fram til Belastningen fra dette forutsettes dekket ved at det legges inn en reserve på 20 % i de fremtidige belastningene. For tilførsel av septikslam er det valgt en dimensjonerende verdi på 100 m 3 /d og en middelverdi på 60 m 3 /d. Renseanlegget bør kunne styre tilførselen av septikslam, slik at man ikke tillater mer enn maksimalt 100 m 3 /d i den perioden av året som man har lave vanntemperaturer. Det er urealistisk å dimensjonere et renseanlegg for den absolutt høyeste belastningen som kan oppstå. Ved uttak av 17 til 28 kontrollprøver pr. år sier forslaget til nytt avløpsdirektiv at man kan stryke 3 prøver. Det vil si at nesten 90 % av prøvene må klare kravene. (For sekundærrensing må imidlertid samtlige prøver klare et tilleggskrav på maksimalt 50 mg BOF 5 /l i utløpet.) Vi har derfor valgt å dimensjonere renseanlegget for en belastning som antas å bli overskredet 10 % av tiden, dvs. 90-persentil belastningen. Basert på forutsetningene over, blir midlere og dimensjonerende belastninger for Sandefjord renseanlegg i 2020 slik som vist i tabellene 4 og 5. Ut fra dimensjonerende mengde BOF 5 vil Dato: Side 10 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

11 det oppgraderte renseanlegget bli dimensjonert for personekvivalenter, mens middelbelastningen tilsvarer personekvivalenter. Ved dimensjonerende belastning vil ca. halvparten av det organiske stoffet komme fra industri- og næringsvirksomhet. Tabell 4. Midlere belastninger for Sandefjord renseanlegg i 2020, basert på målinger i 2004 og første del av Antall Middelverdier BOF 5 KOF Total P Midlere belastning i kg/d kg/d 66,8 kg/d Befolkningsvekst til personer 300 kg/d 600 kg/d 8,0 kg/d Septik 60 m kg/d kg/d 9,2 kg/d 20 % reserve 655 kg/d kg/d 16,8 kg/d Sum kg/d kg/d 100,9 kg/d Konsentrasjon ved Q MIDDEL m 3 /h 136 mg/l 331 mg/l 3,5 mg/l Konsentrasjon ved Q MAKS m 3 /h 51 mg/l 124 mg/l 1,3 mg/l Tabell 5. Dimensjonerende belastninger for Sandefjord renseanlegg i 2020, basert på målinger i 2004 og første del av Antall Dimensjonerende verdier BOF 5 KOF Total P 90-persentil belastning i kg/d kg/d 89,3 kg/d Befolkningsvekst til personer 400 kg/d 800 kg/d 10,7 kg/d Septik 100 m kg/d kg/d 15,4 kg/d 20 % reserve 968 kg/d kg/d 23,1 kg/d Sum kg/d kg/d 138,4 kg/d Konsentrasjon ved Q MIDDEL m 3 /h 202 mg/l 485 mg/l 4,8 mg/l Konsentrasjon ved Q MAKS m 3 /h 76 mg/l 182 mg/l 1,8 mg/l Ved en middelvannføring på m 3 /h vil overflatebelastningen på forsedimenteringstrinnet være 2,0 m/h. Høyeste vannføring gjennom forsedimenteringen vil være m 3 /h, tilsvarende en overflatebelastning på 4,2 m/h. Vannmengder over m 3 /h vil gå utenom forsedimenteringen. Ved maksimal hydraulisk belastning på det nye biologiske trinnet på m 3 /h vil derfor m 3 /h ha gjennomgått primærrensing, mens de resterende 700 m 3 /h bare har passert rist og sandfang. For det avløpsvannet som går gjennom forsedimenteringsbassengene, er det forutsatt 25 % reduksjon av KOF, 20 % reduksjon av BOF 5 og 10 % reduksjon av total P. Midlere og dimensjonerende belastninger for det biologiske rensetrinnet i et oppgradert renseanlegg er vist i tabellene 6 og 7, sammen med konsentrasjonene inn til det biologiske rensetrinnet. Belastningene vil være størst ved maksimal vannføring, fordi en del av avløpsvannet vil gå utenom forsedimenteringsbassengene. Vanntemperaturen er meget viktig for dimensjonering av et biologisk rensetrinn. Den laveste temperaturen blir dimensjonerende for reaktorvolumet, mens den høyeste temperaturen blir dimensjonerende for lufterutrustningen. For 2003 var laveste månedsmiddeltemperatur 4,2 C inn til eksisterende renseanlegg, og 4,5 C ut av eksisterende renseanlegg. Laveste temperatur for et enkeltdøgn var 2,8 C i mars. Høyeste månedsmiddeltemperatur var 14,6 C inn til eksisterende renseanlegg, og 15,1 C ut av eksisterende renseanlegg. Høyeste enkeltdøgnstemperatur var 15,7 C ut av eksisterende renseanlegg i august. Enkeltdøgnene Dato: Side 11 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

12 med lavest vanntemperatur inntreffer i forbindelse med snøsmelting og nedbør. Da er vannmengdene såpass høye at vi mente man kunne påberope seg unormale forhold i henhold til det foreslåtte avløpsdirektivet. Vi valgte derfor opprinnelig å dimensjonere et nytt biologisk rensetrinn for en laveste vanntemperatur på 5,0 ºC, slik som angitt i tabell 8. I ettertid har vi oppfattet det slik at myndighetene ønsker en strengere praksis for når man har unormale forhold. Snøsmelting med store vannmengder og kaldt vann vil man ha hver vår, og det vil sannsynligvis ikke bli akseptert å definere hele snøsmeltingsperioden som en periode med unormale forhold. Tigjengelige temperaturdata indikerer en laveste månedsmiddelverdi ut av eksisterende renseanlegg på 4,5 ºC, og tabell 8 viser at dette er den laveste temperaturen vi har valgt å dimensjonere for i det reviderte skisseprosjektet. Det vil ikke være realistisk å dimensjonere for enkeltdøgnene med de aller laveste vanntemperaturene, på samme måte som det ikke er realistisk å dimensjonere for den absolutt høyeste døgnbelastningen av organisk stoff. Med uttak av to kontrollprøver pr. måned, vil det normalt være fra null til én kontrollprøve hvert år som vil bli tatt ved vanntemperaturer lavere enn 4,5 ºC i bioreaktorene. Tabell 6. Midlere belastninger for nytt biologisk rensetrinn ved Sandefjord renseanlegg i 2020, for henholdsvis midlere og maksimale vannmengder. Ved midlere vannføring (1.200 m 3 /h): Midlere mengder og konsentrasjoner Opprinnelig skisseprosjekt (2004) Revidert skisseprosjekt (2005) BOF 5 KOF Total P BOF 5 KOF Total P Fjernet i forsedimentering, kg/d , ,1 Belastning på biologisk trinn, kg/d , ,8 Konsentrasjon inn til biologisk trinn, mg/l , ,2 Ved maksimal vannføring (3.200 m 3 /h): Fjernet i forsedimentering, kg/d , ,9 Belastning på biologisk trinn, kg/d , ,0 Konsentrasjon inn til biologisk trinn, mg/l , ,2 Tabell 7. Dimensjonerende belastninger for nytt biologisk rensetrinn ved Sandefjord renseanlegg i 2020, for henholdsvis midlere og maksimale vannmengder. Ved midlere vannføring (1.200 m 3 /h): Dimensjonerende mengder og konsentrasjoner Opprinnelig skisseprosjekt (2004) Revidert skisseprosjekt (2005) BOF 5 KOF Total P BOF 5 KOF Total P Fjernet i forsedimentering, kg/d , ,8 Belastning på biologisk trinn, kg/d , ,6 Konsentrasjon inn til biologisk trinn, mg/l , ,3 Ved maksimal vannføring (3.200 m 3 /h): Fjernet i forsedimentering, kg/d , ,8 Belastning på biologisk trinn, kg/d , ,6 Konsentrasjon inn til biologisk trinn, mg/l , ,7 Dato: Side 12 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

13 Tabell 8. Dimensjonerende vanntemperaturer for nytt biologisk rensetrinn. Opprinnelig skisseprosjekt (2004) Revidert skisseprosjekt (2005) Minimumstemperatur 5,0 C 4,5 C Middeltemperatur 10 C 10 C Maksimumstemperatur 16 C 16 C Dato: Side 13 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

14 5. Dimensjonering av nytt biologisk-kjemisk rensetrinn 5.1. Biofilmreaktorer Det har vist seg at biofilmprosessen fra Kaldnes kan belastes relativt høyt, spesielt dersom den etterfølges av et kjemisk rensetrinn. Grunnen til dette er at det kjemiske trinnet sørger for god koagulering og flokkulering av mikroorganismene som forlater bioreaktorene, slik at disse lar seg separere. Uten tilsetting av kjemikalier måtte man ha redusert den organiske belastningen på biofilmreaktorene, for å få til bioflokkulering av mikroorganismene. For å klare kravene til sekundærrensing har vi valgt dimensjonerende belastning for biofilmreaktorene basert på det som ble funnet forsvarlig ved pilot-forsøk på TAU renseanlegg. Ved å senke den dimensjonerende temperaturen fra 5,0 ºC til 4,5 C blir dermed den dimensjonerende belastningen redusert fra 6,0 g BOF 5 /m 2 biofilmareal/d til 5,8 g BOF 5 /m 2 /d. Skal man dimensjonere for en høyere organisk belastning, må man først dokumentere med forsøk at man vil oppnå gode nok renseresultater med en høyere belastning. For beregning av biologisk slamproduksjon og oksygenbehov er det antatt at biomassen i reaktorene tilsvarer 12 g tørrstoff (TS) pr. m 2 biofilmareal. (Mer biomasse vil gi noe lavere slamproduksjon og noe høyere oksygenforbruk). Videre er det forutsatt at bioreaktorene er utstyrt med bunnluftere og at den spesifikke oksygenoverføringseffektiviteten under driftsforhold er på 7 g O 2 /Nm 3 luft/m diffusordyp. Dimensjonerende oksygenkonsentrasjon i bioreaktorene er satt til 3 mg O 2 /l. Nøkkeldata for et Kaldnes biofilmtrinn er vist i tabell 9. Anlegget er designet med to reaktorer i parallell. For fjerning av organisk stoff, med flotasjon som etterfølgende separasjonsprosess, er det ikke behov for flere bioreaktorer i serie. Beregningene er utført med 5,5 m vanndyp. Med planering på kote -1,8 og 0,3 m tykk bunnplate vil vannspeilet være på kote +4,0. Med 0,5 m fribord vil overkant bassengkant ligge på kote +4,5. Andre vanndyp vil gi andre luftbehov enn angitt i tabell 9. Arealbehovet vil også bli endret. Tabell 9. Foreløpige dimensjoneringsverdier for et Kaldnes biofilmanlegg for fjerning av organisk stoff ved Sandefjord renseanlegg. Basert på antatte belastninger i Biofilmreaktorer: Opprinnelig skisseprosjekt (2004) Revidert skisseprosjekt (2005) Antall parallelle linjer 2 2 Antall reaktorer i serie 1 1 Totalt (vått) bioreaktorvolum m m 3 Kaldnes type K1 biofilmmateriale m m 3 Vanndyp 5,5 m 5,5 m Dimensjonerende biofilmbelastning 6,0 g BOF 5 /m 2 /d 5,8 g BOF 5 /m 2 /d Midlere biofilmbelastning 4,0 g BOF 5 /m 2 /d 3,7 g BOF 5 /m 2 /d Dimensjonerende luftbehov (3 mg O 2 /l i reaktor) Nm 3 /h Nm 3 /h Midlere luftbehov (3 mg O 2 /l i reaktor) Nm 3 /h Nm 3 /h Dimensjonerende hydraulisk kapasitet m 3 /h m 3 /h Midlere biologisk slamproduksjon kg TS/d kg TS/d Dato: Side 14 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

15 5.2. Flokkulering og flotasjon Flokkulerings- og flotasjonstrinnet skal brukes til kjemisk felling av fosfor og separasjon av biologisk-kjemisk slam. Det er antatt et fremtidig kjemikalieforbruk på 105 ml PAX 21/m 3 og 0,4 mg polymer/l. Nøkkeltall for flokkulering og flotasjon er vist i tabell 10. Ved bruk av flotasjon kan man akseptere relativt høye G-verdier og korte hydrauliske oppholdstider i flokkuleringsbassengene. Flotasjonsbassengene er dimensjonert for en overflatebelastning på 5,0 m/h ved Q DIM. Midlere dispersjonsvannmengde er satt til 12 % av vannmengden gjennom anlegget. For flokkulering og flotasjon er det ingen forskjell mellom opprinnelig og revidert skisseprosjekt. Det er ikke laget noen detaljert hydraulisk profil for anlegget. Dersom vi antar 0,7 m fall gjennom bioreaktorsiler, diverse kanaler, hurtiginnblanding og flokkulering, vil vannspeilet i flotasjonen ligge på kote +3,3. Med 0,3 m fribord vil overkant flotasjonsbasseng ligge på kote +3,6. Det er forutsatt 2,5 m vanndyp i flotasjonsbassengene. Med 0,3 m tykk bunnplate vil dermed underkant bunnplate bli liggende på kote +0,5. Tabell 10. Foreløpige dimensjoneringsverdier for nytt flokkulerings- og flotasjonstrinn ved Sandefjord renseanlegg. Basert på antatte belastninger i Flokkulering: Opprinnelig (2004) og revidert (2005) skisseprosjekt Antall parallelle linjer 3 Antall reaktorer i serie 2 Totalt (vått) reaktorvolum 567 m 3 Total hydraulisk oppholdstid ved Q DIM Vanndyp Flotasjon: 20 minutter 3,0 m Antall parallelle linjer 3 Samlet overflateareal 340 m 2 Vanndyp 2,5 m Totalt (vått) volum 850 m 3 Overflatebelastning ved Q DIM Overflatebelastning ved Q MAKS Midlere kjemisk slamproduksjon 5,0 m/h 9,4 m/h kg TS/d 5.3. Slamproduksjon Slamproduksjonen i renseanlegget kan variere betydelig fra dag til dag, avhengig av avløpsvannets sammensetning, vannmengde, kjemikaliedosering og vanntemperatur. Midlere biologisk og kjemisk slamproduksjon er vist i tabellene 9 og 10, og er beregnet ut fra den midlere belastningen i tabell 4. I tillegg kommer primærslam fra forsedimenteringen. Midlere primærslammengde er beregnet til kg TS/d, som er en økning på 100 kg TS/d i forhold til opprinnelig skisseprosjekt. Dermed blir total midlere slamproduksjon på kg TS/d. Dette forutsetter null SS ut av flotasjonstrinnet. I praksis vil man alltid miste noe slam med renset avløpsvann, slik at total midlere slamproduksjon forventes å bli ca kg TS/d. Dette er det samme som i opprinnelig skisseprosjekt. Det må imidlertid understrekes Dato: Side 15 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

16 at disse slamproduksjonsberegningene er svært usikre, blant annet fordi vi ikke har målinger av SS-konsentrasjoner inn til renseanlegget. Vi har i alle våre beregninger antatt at 50 % av innkommende KOF er partikulær, at 1 g SS tilsvarer 1,2 g partikulær KOF, og at renseeffekten med hensyn på SS er 50 % for det avløpsvannet som går gjennom forsedimenteringen. Til sammenligning hadde man i 2003 en slamproduksjon på ca kg TS/d ved Sandefjord renseanlegg. Det tilsier at vi får en kraftig økning i slammengden, hvilket kan kreve utvidelser i slambehandlingen. For å kunne klare å behandle kg TS/d med slam i dagens råtnetanker, må det settes inn fortykkermaskiner som gir et tørrstoffinnhold i slammet på ca. 6 %, og pasteuriseringsanlegget må utvides, eller det må bygges nytt hygieniseringstrinn. De økte kostnadene for tiltak på slambehandlingssiden er ikke tatt med i dette prosjektet. Ved eventuell bygging av et nytt biologisk-kjemisk rensetrinn vil man få en gradvis økning i belastning og slamproduksjon. Man vil derfor ha tid til å gjennomføre tiltak på slambehandlingssiden, dersom de første årene med drift av et biologisk-kjemisk renseanlegg indikerer at dimensjonerende slambelastning vil bli større enn det eksisterende slambehandling kan håndtere Arealbehov Prosessmessig står man relativt fritt med hensyn på plasseringen av det nye biologiskkjemiske rensetrinnet, fordi man uansett forventer at det vil bli behov for å pumpe avløpsvannet. I opprinnelig skisseprosjekt forutsatte vi at det nye rensetrinnet plasseres sydover, direkte i forlengelsen av eksisterende sedimenteringsbassenger. Netto arealbehov for det nye rensetrinnet er beregnet til ca m 2. Det er tatt utgangspunkt i at bioreaktorene plasseres lengst syd, og at avløpsvannet ledes til disse ved hjelp av en pumpestasjon og en kanal. Fra bioreaktorene går avløpsvannet ved selvfall gjennom flokkuleringsbassenger og flotasjon, og videre til eksisterende utløpskanal. I vår foreløpige dimensjonering har det nye rensetrinnet en lengde (sydover) på ca. 58 m og en bredde som varierer fra 23 m til 28 m. Basert på anbefalinger fra det opprinnelige skisseprosjektet har Sandefjord kommune fått foretatt grunnundersøkelser (utført av Multiconsult, avd. Noteby) av et område på 60 m x 30 m umiddelbart syd for eksisterende sedimenteringsbasseng. Disse grunnundersøkelsene viste at området kan benyttes til utvidelse av renseanlegget, og det ble også beregnet kostnader for grunnarbeider basert på en gravedybde til kote -1,8. Dato: Side 16 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

17 6. Kostnadsberegninger 6.1. Forutsetninger Alle kostnader er eksklusive avgifter og eventuelle tomtekostnader. Beregning av kapitalkostnader er basert på 7 % rente og 15 års midlere avskrivningstid. Av de rene byggekostnadene (eksklusive kostnader for KaIdnes biofilmmedium) er det beregnet 20 % til prosjektering og byggeledelse. Det er satt av 10 % til uforutsett. Vedlikeholdskostnadene er satt til 1,5 % av netto investering (dvs. investering minus prosjektering, byggeledelse og uforutsett). For det opprinnelige skisseprosjektet ble energiprisen satt til 0,50 kr/kwh. Kostnadene for driftsoperatører ble satt til kr/årsverk og det ble antatt at man trengte to ekstra driftsoperatører for det nye rensetrinnet. For det reviderte skisseprosjektet er det, basert på byggekostnadsindeksene, lagt til grunn en økning i byggekostnader fra 2004 til 2005 på 4 %. Det er forutsatt samme energipris som i 2004, mens kostnadene for driftsoperatører er økt til kr/årsverk. Det er ikke tatt hensyn til slambehandlingskostnader, da kostnadene for en utvidet slambehandling ble beregnet i et annet delprosjekt. Det er heller ikke tatt hensyn til endrede kostnader på grunn av endringer i kjemikalieforbruket. Det forventes imidlertid at forbruket av fellingskjemikalier vil bli noe redusert, sammenlignet med forbruket i en primærfellingsprosess. Kostnader for eventuell flytting/sikring av gassklokke er ikke med. Ekstrakostnader for sammenkobling til eksisterende bygg har ikke blitt vurdert. Ekstraordinær drift i byggeperioden har heller ikke blitt vurdert, men ved en utvidelse av anlegget som foreslått, vil eksisterende anlegg mest sannsynlig kunne drives som før i nesten hele byggeperioden. Driftskostnadene er beregnet for midlere belastning i år Det er forutsatt overbygde bassenger. Prisnivået var mai 2004 for opprinnelig skisseprosjekt, mens prisnivået for april 2005 er brukt for det reviderte skisseprosjektet. I det opprinnelige skisseprosjektet var det lagt inn store kostnader for spunting og peling, fordi grunnforholdene var svært usikre. Etter at det ble gjennomført grunnundersøkelser, som viser at man klarer seg uten peling og med mindre spuntvegg, har dette redusert kostnadene betydelig. Multiconsult har beregnet nye kostnader ved utgraving for basseng, og disse er benyttet i det reviderte skisseprosjektet Kostnader Overslagskostnader for innføring av biologisk rensing for fjerning av organisk stoff ved Sandefjord renseanlegg er vist i tabell 11. Det er viktig å være klar over at dette er merkostnadene i forhold til å fortsette med eksisterende renseanlegg. Drifts- og vedlikeholdskostnadene inkluderer derfor ikke det driftspersonalet man har i dag, og heller ikke slambehandlingskostnader og kostnader til fellingskjemikalier. Som tidligere nevnt er hovedårsaken til reduserte kostnader i det reviderte skisseprosjektet at kostnadene til grunnarbeider er anslått til å bli betydelig lavere enn det man opprinnelig tok høyde for. Dato: Side 17 : 18 Rapport nr: Versjon: 1

18 Tabell 11. Overslagskostnader for innføring av biologisk rensing for fjerning av organisk stoff ved Sandefjord renseanlegg. Opprinnelig skisseprosjekt (2004) Prisnivå pr. mai Revidert skisseprosjekt (2005) Prisnivå pr. april Investeringskostnader, mill. NOK Kapitalkostnader, mill. NOK/år 8,3 7,0 Drifts- og vedlikeholdskostnader, mill. NOK/år 2,7 2,5 Årskostnader, mill. NOK/år 11,0 9,5 Dato: Side 18 : 18 Rapport nr: Versjon: 1