Miljøteknologi i vannbransjen utfordringsbildet

Transkript

1 Vannbransjens Innovasjonskonferanse Oslo Miljøteknologi i vannbransjen utfordringsbildet Prof. em. Hallvard Ødegaard NTNU/SET AS hallvard.odegaard@ntnu.no

2 Hva jeg vil snakke om 1. Hva vannbransjen inkluderer og hva som karakteriserer denne bransjen når det gjelder miljøteknologi 2. Litt om hva innovasjon er 3. Hvilke utfordringer vannbransjen står overfor 4. Hvilke utviklingstrekk vi ser innenfor vannbransjen 5. Hvilke miljøteknologier som tilbys for å møte utfordringene 6. Litt om de fremvoksende konsepter og miljøteknologier?

3 Miljøteknologi i vannbransjen Handler om teknologier som benyttes av VA-verkene eller industrien og som utvikles og leveres til disse av en miljøteknologi-industri (leverandører, rådgivere etc) De teknologiene (tekniske innretningene) som benyttes innen vannbransjen er karakterisert av at de har svært lange levetider, år Vannbransjen (som i de fleste infrastrukturbransjer) overinvesterer i teknologi som er gammeldags allerede i starten av sin levetid Mengden av teknisk informasjon som er frembragt etter 2003 er større enn all teknisk informasjon frembragt i historien før 2003

4 Litt om innovasjon (Alf Bjørseth, 2011) Innovasjon er å finne på noe nytt introdusert i markedet Oppfinnelse er ikke nødvendigvis innovasjon En idé blir først en innovasjon når den prøves ut i praksis, kommersialiseres og skaper verdi Innovasjon er både en prosess (få frem noe nytt til markedet) og et produkt (resultat som er lansert i markedet) Tre viktige sider ved innovasjon Innovasjon foregår i samspill mellom flere aktører (kunder, underleverandører, konkurrenter, og ulike hjelpere ) Ingen innoverer alene Kunnskapsutvikling er sentralt i innovasjonsprosessen Kunnskap og kompetanse er den viktigste ressursen Læring - i samspill - er den viktigste del av innovasjonsprosessen

5 Karakteristika: Dagens urbane VA-system Sentralisert, lineært system Kun én forsynings-kvalitet Infrastruktur i forfall Stor grad av kombinert system store ledninger Mange overløp Utsatt for urbane flommer Lite omfattende rensing Høy andel av total-kostn. til ledningsnett

6 Vannbransjens utfordringer 1. Endringer i by- og tettstedsutviklingen (miljø, økonomi og sosiale forhold) 2. Klimaendringer - VA-sektoren er spesielt utsatt 3. Aldrende VA-anlegg og tiltagende forfall truer tjenestetilbudet 4. Økende forurensningspress truer folkehelse og biologisk mangfold 5. Endrede myndighets- og brukerkrav til vannkvalitet og miljø, brukervennlighet, sikkerhet og beredskap

7 1. Endringer i byutviklingen pe/ha Area popul: 13.4 mill Byene sveller (og dermed også VA-systemene) Systemene forstørres i takt med forstadsutbyggingen 9 pe/ha Sentralisering og overforbruk kan føre til kapasitetsproblemer i sentrale strøk Blandingen av separate og kombinerte avløpssystem fører til forurensning forårsaket av de mange overløp pe/ha Area popul: 25.0 mill pe/ha Urban fortetning Mer av regnvannet legges i rør bekker forsvinner pe/ha Area popul: 36.0 mill Mer tette overflater raskere avrenning og flere urbane flommer 62 pe/ha

8 2. Klimaendringene Representerer en økende utfordring pga: Mer ekstreme regn kan forventes pga klimaendringene Større andel av tette flater gir større og mer intens avrenning Urbane flommer vil forekommer hyppigere Mer forurensning forårsaket av overløpsutslipp Alle disse problemene eskalerer pga en infrastruktur i forfall

9 3. Infrastruktur i forfall Lekkasjer og fremmedvann Tap av vann fra drikkevannsledninger (> 40% i noen norske byer) Fremmedvann (67 % i middel av 14 norske byer) Høyere driftskostnader Mer pumping Mer både vann og avløp må renses Gamle systemer resulterer i infrastruktur kollaps som resulterer i: Høye vedlikeholdskostnader Samfunnskritiske situasjoner Problemer for befolkningen

10 4. Økende forurensningspress Kjemiske mikroforurensninger truer miljøet og folkehelsen Nye kjemiske mikroforurensninger : Rengjøringskjemikalier (f.eks. detergenter) Industrikjemikalier (f.eks. flammehemmere) Legemiddelrester (f.eks. hormonhermere) Personlig pleie produkter (f.eks. antioksidanter)

11 4. Økende forurensningspress Patogene mikro-organismer truer folkehelsen Patogene mikroorganismer Bakterier Virus Parasitter Smittepresset øker som følge av globalisering, «nye» mikroorganismer og klimaendringer Mageparasitt herjer i Bergen En liten parasitt har invadert magen til mange bergensere. Parasitten gir ofrene mageknip og diaré. Flere har havnet på sykehus. Publisert: 02. nov. 2004, 10:59 23 tilfeller av positive giardiafunn i avføring fra pasienter i oktober

12 4. Økende forurensningspress Overgjødsling og miljøgifter truer det biologiske mangfold Overgjødsling av vann-forekomstene Akkumulering av miljøgifter i næringskjeden Avrenning fra jordbruket

13 5. Endrede myndighets- og bruker-krav Vern av vassdrag i det urbane miljø Vann til rekreasjon og trivsel i by

14 5. Endrede myndighets- og bruker-krav Høyere ambisjoner Politikerne Ønskede endringer i urbane bosettingsmønster Økende forventning om gjenbruk samt energi- og karbonnøytrale løsninger Øket oppmerksomhet mht sikkerhet og beredskap Innbyggerne Kvalitetsmål (drikkevann, vann for rekreasjon) Gjenbruksmål Myndighetene Rammedirektivet Ambisjonsnivået i en bransje bestemmer i stor grad innovasjonsutviklingen Rimelig ambisjon for avløpshåndteringen i 2025: Vannet som slippes ut skal ikke ha dårligere kvalitet enn det vannet det slippes ut i Renseanleggene skal være energi og karbon-nøytrale

15 Hvorfor har norske forurensningsmyndigheter så lave ambisjoner på avløpssektoren? Ingen krav til N-fjerning langs hele den Norske Skagerakskysten. Krav til P & N-fjerning langs hele Skagerakskysten. Norge er nå det eneste landet i EU-sonen som har definert en hel kyststrekning som mindre følsom

16 Hvorfor aksepteres trenering av utslippskrav? Hvor i all verden er forurensningsmyndighetene? Sekundærrensing (kjemisk felling) Høvringen RA Primærrensing Ladehammeren RA Kjemisk rensing 1972 HØRA planlegges for kjemisk fellingmen bygges ikke på tross av at kommunen i 1976 kan få 50 % statsstøtte til byggingen 1988 HØRA bygges ut som sil-anlegg (1mm) 1989 HØRA får FM-krav om kjemisk felling innen 2000, drøyer søker om unntak hos MD 2004 HØRA står ferdig som kjemisk anlegg men drives som primærrenseanlegg 2005 HØRA får krav om sekundærrensning etter ny avløpsforskrift søker ESA om unntak driver fortsatt som primær 2010 ESA avviser unntakssøknad men endrer kravet til 80 % SS-reduksjon (altså kjemisk) 2013 Trondheim søker om unntak også for dette

17 Hvorfor tar norske miljømyndigheter så lett på organiske miljøgifter? Inkommande koncentration (ng/l) OMF i Sverige (råvann til RA) (Falås, 2012) paracetamol (17:18) ibuprofen (44:47) naproxen (46:46) furosemide (18:18) atenolol (21:21) ketoprofen (46:46) metformin (6:11) metoprolol (23:23) hydrochlorothiazide (20:20) codeine (6:6) tramadol (3:3) oxazepam (30:30) losartan (6:6) phenazone (1:8) gemfibrozil (11:11) carbamazepine (15:15) simvastatin (2:21) diclofenac (45:47) ranitidine (13:20) budesonide (1:2) hydrocortisone (4:5) cetirizine (6:6) estriol (21:42) bezafibrate (5:8) isosorbide mononitrate (6:6) enalapril (15:18) citalopram (28:30) indometacin (1:8) propranolol (7:14) raloxifene (1:2) Clofibric acid (1:2) sertraline (12:28) mirtazapine (3:3) ketoconazole (4:5) zopiclone (6:18) amiloride (2:2) atorvastatin (6:6) clozapine (6:17) paroxetine (6:18) dextropropoxyphene (10:23) terbutaline (10:19) fenofibrate (1:8) norethisterone (21:42) ifosfamide (1:21) risperidone (3:17) salbutamol (8:18) amlodipine (5:5) bendroflumethiazide (2:2) felodipine (5:6) carvedilol (1:2) progesterone (17:30) propofol (6:15) estrone (4:4) zolpidem (6:17) fluoxetine (11:29) estradiol (22:42) ramipril (5:6) desloratadine (2:2) fluvastatin (1:2) mianserin (1:2) omeprazole (1:5) xylometazoline (4:5) warfarin (6:7) cyclophosphamide (5:22) tamoxifen (1:2) ethinylestradiol (6:41) fentanyl (1:17) diazepam (4:22) oxymetazoline (2:5) glibenclamide (3:3) Paracetamol (smertestillende) Ibuprofen (Betennelse) Carbamazepin (epilepsi) Ranitidin (magesår) Diclofenac (smertestillende) Etinylestradiol (hormoner)

18 Krav til organiske mikroforurensninger (OMF) i Sveits I Sveits går man nå (beslutning i Parlamentet ventes våren 2013) inn for at alle anlegg > pe, alle > pe med utslipp til innsjøer og alle > pe med utslipp til elver med fortynning < 10 % skal fjerne OMF (utvalgte stoffer) fom 2014 eller 2015 Dette skal skje ved ozonering og/eller aktivkull (PAC) Kostnaden for rensingen vil i middel stige fra ca 0,7 CHF/m 3 (4,3 NOK/m 3 ) til 0,75 1,0 CHF/m 3 (4,6 6,0 NOK/m 3 ), dvs i middel 25 % For Sveits vil dette føre til en ekstra økning av kostnadene til kommunal rensing med ca 130 mill CHF (795 mill NOK/år), dvs vel 100 NOK per innbygger per år

19 Perecentage departure from average Relative kostnader for VA i en del store byer i Europa Data fra EEA 2004 Så hvorfor har vi verdens rikeste land med verdens beste inntektssystem for VA, så lavt ambisjonsnivå for sektoren vår???? -100 Zurich Geneva The Hague Brussels Lyon Vienna (Germany nat av) Luxembourg Salzburg Liege Bordeaux Copenhagen Vaasa Berne Amsterdam Bergen Linz Trondheim Coimbra Lisbon Malmo Odense Porto Ant werp Utrecht Paris Manchester Tampere Aarhus Stockholm Helsinki Madrid Thessalonika Barcelona London Bristol Athens Pecs Bologna Reykjavik Goteborg Debrecen Hafnarfjorour Bilbao Ostrava Praha Rome Oslo Brno Budapest Canakkale Eskisehir Ankara Milan

20 Vi må tenke nytt!!! Vannforsyningen Sårbarhet og sikkerhet multiple barrierer Kilde/ nedslagsfelt Filtrering Desinfeksjon Tilsyn og kontroll Overvannshåndteringen Lokal, landskapsbasert overvannshåndtering Rensing av overvann og overløpsvann Avløpsrensingen Forurensningskontroll og gjenbruk Energisparing Rain Slambehandlingen Ressursgjenvinning Energi Fosfor Reservoir DW TP Sewer overflows CSO's DS TP Res Reservoir WR TP Res DW TP Systemvalget som sådant WW TP WW TP

21 Overvannshåndteringen Unngå overvann til avløpsnettet om mulig Infiltrer, forsink og fordrøy Sikre trygge flomveier Utnytt konstruerte vannveier også som en del av behandlingssystemet Utnytt grønne tak Rens om nødvendig overvannet/overløpsvannet

22 Rensing av overløpsvann og overvann Fremtidsfokus på: Fosfor Partikkelseparasjon Patogene organismer Mikroforurensninger Svanemøllebugten overvannsanlegg, CPH Overløpsvann: Billigere med omfattende fysisk/kjemisk rensing av overløpsvannet enn omfattende biologisk/kjemisk rensing av mest mulig av avløpsvannet

23 Vannrenseteknologier Kompakte renseteknologier Fysisk/kjemiske såvel som biologiske Biofilm I stedet for, eller i kombinasjon med, aktiv slam Filtrering eller flotasjon i stedet for sedimentering Avanserte partikkel separasjonsteknologier Mikrosiling Mediafiltrering Membranfiltrering MF,UF,NF,RO Teknologier for patogen-fjerning Desinfeksjonsteknologier (UV, O 3 etc) Avansert partikkelseparasjon Coagulant DAF O 3 /UV MBBR UF/MF Avanserte oksidasjonsteknologier UV, O 3, H 2 O 2, UV/O 3, UV/H 2 O 2 etc.

24 Membran filtrering Omvendt osmose (RO) (< 1 nm) Separasjon av ioner Avsaltning Nanofiltrering (NF) (< 10 nm) Separasjon av virus og store molekyler Ultrafiltrering (UF) (< 100 nm) Separasjon av bakterier og kolloidale partikler Mikrofiltration (MF) (< 1000 nm) Separasjon av parasitter og flokker

25 Membran bioreaktorer Deres fremtid vil avhenge av om vi karer å bringe energiforbruket ned på akseptable nivå (SED < 1 kwh/m 3 ) 6 a. MBR med dykkede membraner Specific Energy Demand (kwh/m 3 ) MBR A (Zenon) 1,440 m3/d MBR B (Puron) 14,250 m3/d MBR C (Puron) 1,750 m3/d MBR D (Zenon) 3,000 m3/d b. MBR med nedstrøms membraner 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Utilisation Capacity (Real flow / Nominal flow) Source: 4 recent MBR operated by Veolia in France Lesjean et al., MBR-Network, 2009

26 Slamhåndteringen Fremtidsfokus på bruk og gjenvinning av ressurser: Energi Biogass Varme Elektrisitet Næringsstoff Fosfor Fosforgjenvinning Bruk i jordbruket Optimalisering av gass-utbyttet Bruk i jordbruket direkte Gjenvinning fra slam Kersti Linderholm - PhD - SLU Alnarp : Den beste måten (økonomisk, ressursmessig og miljømessig) å gjenvinne fosfor på, er å bruke slam i jordbruket

27 Produksjon av gjødsel Bio-pellets (Minorga)-produksjon ved SNJ, Stavanger, Norge o 50 % tørket slam og 50 % tilsettingstoffer ( N og K) MAP (struvitt) (magnesiumammoniumfosfat) Kalsiumfosfat (apatitt) Næringsinnhold ( vektprosent) Total P 2,0-3,0 P-AL 0,10-0,20 Total N 3,0-4,0 Kalium 0,10 0,20 Ammonium 0,20-0,35 Nitrat + nitritt 0,0001-0,0015 Gjenvinning av fosfat fra forbrenningsaske Gjenvinning av fosfat fra slam gjennom ekstraksjon vha syre/trykk/varme CAMBI, KREPRO, AquaReci etc.

28 Bruk av slam i bygningsmaterialer Bruk av slam i Japan en betydelig fraksjon ender opp i bygningsmaterialer

29 Det energi-nøytrale renseanlegget er fullt mulig! Biogas-anlegg Termisk hydrolyse gas storage scum layer gas storage supernatant layer supernatant Gass-motor El Konsentrert slam (4 %) til biogass-anlegg sludge heater return sludge digested sludge stabilised sludge Koagulant Karbon Sludge Hydrocyclon M Microsand M M M Outlet Coagulant Inlet Injection Flocculation Coagulation Lamella- - Polymer sedimentation Fin-sil DAF Kombinert for- og etter-dn MBBR Flokkulering/sedimentering Actiflo Filtrering 5 min 20 min 3 timer 20 min 20 min N og P fjerning på 4 timers total oppholdstid!!!

30 Ledningsnettet Nettanalyse NO-dig metoder Arve Hansen, AsplanViak Smart water networks forum

31 Den største endringen tror jeg vi får på systemsiden En endring basert på: Fra: Mindre forbruk av vann Lokal oppsamling og gjenbruk av vann Mindre, semisentraliserte VA-system Lokal vannsyklus Til: Separasjon av avløpsstrømmer Flerkvalitetssystem Sanntidsstyring av VA-tjenestene Endringer i røropplegg og -systemer

32 Integrert behandling på distrikt/tettsteds - nivå Integrerte semi-sentraliserte løsninger, derfor: Fokus på mindre anlegg Kompakte enheter Hvert distrikt har sitt eget Behandlings- og energisenter Bruk av vann og fornybar energi koples Waste treatment and energy recovery unit Control center and WWT unit Solar panels Potable water treatment unit Greywater treatment unit

33 Eksempel på et multi-vannkvalitets system (SWCC): Vann-tilførsel < 30 % normalt forbruk DVRA GBRA Drikke, matlaging, personlig hygiene Vasking og rengjøring GVRA Organisk kjøkken avfall Overvåkning og kontroll Toalettspyling SVRA Oppsamling av regnvann/overvann Utendørs bruk, vanning Infiltrasjon Varmepumpe Nødoverløp Energi gjenvinn Bio-jord gjødsel Park med konstruert reservoar/dam for lagring, selvrensing og rekreasjon H. Ødegaard, 2012

34 Vilje til å ta risiko Prosjektkvalitet God Ingen konsekvens Dårlig OK! Nei Ja Beslutning For å oppnå suksess må det være takhøyde for å kunne ta feil!

35 Lidenskap som drivende kraft Livet til en gründer er en balanse mellom glød, lidelse og tilfredshet Arne Næss sin formel: tilfredshet (T), glød (G) og lidelse (L) : [fysisk lidelse (L F ), mental lidelse (L M )] T G 2 L F + L M

36 Dersom vi gir glød (G) og fysisk (L F ) og mental lidelse (L M ) samme vekt: i tilfredshet Dersom vi dobler lidelsen og øker gløden med 50 %: i tilfredshet Dersom vi øker gløden med 50 % samtidig som vi aksepterer 50 % mer lidelse: i tilfredshet Dersom vi dobler gløden og øker både fysisk og mental og lidelse med 50 %: i tilfredshet

37 Takk for oppmerksomheten