HP Vann - Videre arbeid Manganreduksjon

Transkript

1 Vår referanse: Saksbehandler: Dato: 2014/ Kjersti Holte HP Vann - Videre arbeid Manganreduksjon Utvalg Utv.saksnr. Møtedato Teknisk utvalg 22/ Anbefaling: Tiltaket innarbeides i investeringsbudsjett Saksopplysninger: I HP vann (godkjent i Lokalstyret 25/9-12) er det under vannkvalitet nevnt at Manganinnholdet er høyt. «Maksimalverdien av mangan er 3 ganger høyere enn kravet i Drikkevannsforskriften. Gjennomsnittlig er verdien 22% høyere enn kravet». Det er i forbindelse med dette problemet foreslått avsatt ,- til manganfilter. Det ble i oktober 2013 inngått avtale med Norconsult angående utredning av manganfilter for Longyearbyen. Det viser seg at det er flere forutsetninger vi må få svar på før vi kan finne en løsning for å bedre manganinnholdet i drikkevannet. I forbindelse med dette er det ønskelig å sette av ,- til et pilotforsøk av mulig løsning i 2015, som vil resultere i mulig anlegg. Det er viktig å vite hva man kan bygge før man setter i gang detaljprosjekteringen. Vurdering: Det er vanskelig å si noe om kostnaden til nyanlegg da det er så stort sprik mellom det billigste og det dyreste. Denne vurderingen vil tas opp i forbindelse med budsjett for For å vite hvilken vei man skal gå gjennomføres pilotforsøk i løpet av Vedlegg: HP Vann - Videre arbeid Manganreduksjon - rapport Side 159

2 LONGYEARBYEN VANNBEHANDLINGSANLEGG Manganreduksjon Side 160

3 Tittel: Longyearbyen vannbehandlingsanlegg - Manganreduksjon RAPPORT Oppdragsgiver: Rådgiver: Longyearbyen Lokalstyre Bydrift KF Postboks 350, 9171 Longyearbyen Oppdragsgivers kontaktperson: Norconsult AS Vestfjordgaten 4, 1338 Sandvika Telefon: Telefax: E-post: firmapost@norconsult.no Foretaksreg.: NO MVA Oppdragsleder: Thomas Skogvold Ronny Gerhardsen Oppdragsnr.: Dokumentnr.: Utarbeidet av: Sign.: Ronny Gerhardsen Revisjon: Dato: Fagkontrollert av: Sign.: Tor Håkonsen Antall sider og bilag Godkjent av: Sign.: Antall sider, antall vedlegg Ronny Gerhardsen Revisjon Dato Beskrivelse Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent B For gjennomsyn oppdragsgiver RGE THHAK RGE H For bruk RGE RGE SAMMENDRAG Råvannskvaliteten til Longyearbyen vannverk er utfordrende mht. høyt innhold av partikler, jern og mangan. Videre er vannet middels hardt/hardt (varierer), noe høyt innhold av ioner/salter og har problemer med å oppnå ønsket ph på nettet. Dagens vannbehandling med kontaktfiltrering har god rensing mht. partikkelinnhold/jern og sammen med UV-bestråling har vannverket to hygieniske barrierer i hht. Drikkevannsforskriften. Foruten litt for høyt innhold av mangan tilfredsstiller vannverket Drikkevannsforskriftens krav mht. bakteriologiske og fysisk/kjemiske parametere. Innhold av mangan er ikke helseskadelig og drikkevannet anses som hygienisk betryggende. Utfordringen er bruksmessig ved at noe høyt innhold av mangan samt hardt vann gir beleggdannelse i varmtvannsystemer (oppvaskmaskiner, varmevekslere, varmtvannsledninger etc). Utfelling av belegg er spesielt et problem i varmevekslere hvor disse kan gå tett. Høyt innhold av fritt CO 2, ph lavere enn 8 og høy ledningsevne i vannet medfører at kobberrør korroderes raskt i boliger. I utgangspunktet er premissene for prosjektet manganreduksjon. Dette kan løses med oksydering og utfelling. Investeringsmessig vil oksydasjon med kaliumpermanganat i ny kontakttank før eksisterende filtre være rimeligst da man sannsynligvis slipper å bygge på bygget og prosessutrustningen er relativt billig. Løsningen avhenger av at nødvendig kontakttid i forkant av filtre blir tilstrekkelig. Dette må fastsettes ved laboratorieforsøk før utarbeidelse av konkurransegrunnlag. Bruksproblemer mht. hardt og korrosivt vann løses ikke med dette. Dersom man ønsker å gjøre noe med dette foreslås det at man vurderer kationebytteanlegg for avherding slik at problem med beleggdannelse reduseres. MVS Miljø rapportmal Årsaken til ph-fall på nettet antas å være for kort oppholdstid på vannet mellom doserinspunkt og målepunkt før vannet pumpes ut på nettet. Det foreslås å flytte doseringspunkt for ph-justering til foran utjevningsbassenget i vannbehandlingsanlegget. Dette vil gi vannkjemien tid til å stabilisere seg slik at riktig ph-verdi kan måles før vannet pumpes ut på nettet. Side 161

4 Side: 3 av 24 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 BAKGRUNN Bakgrunn EKSISTERENDE VANNBEHANDLING Vannkilder Magasin Vannbehandlingsanlegg Vannkvalitet Kapasitet MANGANREDUKSJON Generelt Manganreduksjon Lufting Ozonering Kaliumpermanganat med felling på eksisterende filtre Grønnsandfilter Ionebytting KORROSJONSKONTROLL Bakgrunn Lufting Vannglass Lut OPPSUMMERING Vannkvalitetsparametre Sammenstilling av utvidet analyse av Råvannsprøve VEDLEGG Vedlegg 1 Analyseresultater vannprøver Side 162

5 Side: 4 av 24 1 BAKGRUNN 1.1 Bakgrunn Svalbard er ikke underlagt Drikkevannsforskriften. Det er imidlertid ønske om at Drikkevannsforskriften følges mht. vannkvalitet. Råvannet blir behandlet før det pumpes ut på forsyningsnettet. Vannbehandlingen består av kontaktfiltrering i Dynasandfilter, ph-justering og UV-bestråling. Renvannskvaliteten tilfredstiller for det meste drikkevannsforskriftens krav. Hovedplan vann angir et det er problemer med mht. følgende parametre: Mangan ph (opprettholde ph på ledningsnettet) Aluminium (kjemikalierester i en kort periode etter bytte sommervann/vintervann) I tillegg er det i hovedplanen er det også stilt spørsmål om følgende parametere: PAH Hydrokarboner (hovedsakelig Naftalen) Ved befaring/oppstartsmøte ble det også orientert om observasjoner av periodevis høyt saltinnhold i rentvannet samt store problemer mht. meget rask korrosjon i husinstallasjoner, kobberkorrosjon på kaldvannsledninger og utfelling av manganbelegg/kalsiumkarbonat i varmtvannsrør/varmevekslere. Det er planlagt en tilstandsvurdering av VVS-anlegg for å se problemene mht. husinstallasjoner for å avdekke om korrosjonsproblemene er relatert til vannkvalitet eller om andre årsaker skaper problemer (for eksempel kobling av rørdeler med ulik metallkvalitet). I dette notatet vurderes det løsninger for fjerning av mangan. Det gjøres også noen vurderinger mht. øvrig problemstilling. Side 163

6 Side: 5 av 24 2 EKSISTERENDE VANNBEHANDLING 2.1 Vannkilder Råvannet tas fra to forkjellige kilder. Steintippdalen om sommeren og Isdammen på vinteren. Dagens hovedvannkilde er Isdammen med tilløp fra Endalselva. Vann fra nabofeltet til Endalselva - Gruvedalen (Steintippdalen) benyttes sommerstid til vannforsyning fordi dette vannet har vesentlig lavere turbiditet enn Isdammen. Det er i Steintippdalen bygd et inntak som benyttes i perioden juni-september. Vann herfra ledes ved gravitasjon ned til vannbehandlingsanlegget ved Isdammen for pumping opp til høydebassenget og ut på nettet. På høsten (september/oktober) fryser elva og inntaket i Steintippdalen til, og dette inntaket benyttes derfor ikke gjennom vintersesongen. /1/. 2.2 Magasin «Isdammen bestod opprinnelig av tre små vann. Den ble etablert ved oppdemning av utøpet av Endalselva. Som demning er det bygd en løsmassedam med samlet lengde på nesten m. Maksimal damhøyde er 3-4 m. Demningen fungerer også som veg for adkomst innover Adventdalen og opp til gruve 5, 6 og 7. Batymetrimålinger ble gjort i Isdammen i Disse viser at Isdammen har et volum på ca 2,7 mill m 3 ved kt. 3,3. Maksimal vanndybde er ca 5 m slik at bunnen av magasinet ligger på kote -2,2. Kapasitetskurven under viser vannvolum som funksjon av vannspeilnivå. Figur 1: Kapasitet til Isdammen i forhold til vannstand. Batymetrisk rapport, NTNU (2009) For regulering av vannspeilet er det i utløpet av Isdammen bygd et overløp i betong med bjelkestengsel av tre. Overløpets lengde er ca 5 m. Overløpshøyden reguleres manuelt avhengig av årstid og forventet tilrenning til Isdammen. Overløpet har for liten kapasitet og det foretas derfor en bevisst senkning av vannspeilet i Isdammen forut for forventede flomtopper for å øke overløpskapasiteten og dempningsvolumet i dammen. Dette gir en viss fare for oversvømmelse av demningen ved store flomvannføringer eller at magasinet tappes unødig mye ned i påvente av flomtopper. En nedtapping på høsten med manglende oppfylling fra Endalselva før den fryser til, kan resultere i at vannvolumet blir for lavt i forhold til behov over vinteren. Den årlige sedimentasjonen i Isdammen er beregnet til ca tonn eller ca 6.000m3.» /1/ Side 164

7 Side: 6 av Vannbehandlingsanlegg «Ved vannbehandlingsanlegget er det to råvannsbasseng som er koblet sammen og har to neddykkede pumper som forsyner vannrensingen. Etter renseprosessen er det tre løftepumper som forsyner vann fra vannbehandlingsanlegget til høydebassenget. Disse er frekvensregulerte og styres etter nivået i høydebassenget. Pumpene stopper for øvrig ved fuktvakt, nivåvipper, brudd på kommunikasjon eller ved utløst motorvern. Vannbehandlingsanlegget for Longyearbyen er et DynaSand-anlegg levert av Nordic Water og stod ferdig i Figur 2: Flytskjema av vannbehandlingsanlegget i Longyearbyen Produksjonen går døgnkontinuerlig, sett bort i fra stopp av anlegget i perioden midnatt tidlig morgen. Disse stansene utgjorde, i løpet av det siste året, gjennomsnittlig 3 timer per natt (dette inkluderer produksjon under 1 m3/h i anlegget). Som hygienisk barriere i anlegget har man felling ved bruk av PAX-17 og Dynasandfilter og UV stråling med et UV-aggregatet er av typen Trojan UV8004-HO20 316SS, DN150. Lampene rengjøres etter behov, dette skjer omtrent hvert kvartal. Lampene byttes en gang per år.» /1/ Det er ikke registrert spesielle problemer med beleggdannelse av mangan. I følge driftspersonell har UVaggregatet lavtrykkslamper. Dette kan være årsak til at belegg dannelse av mangan/kalsiumkarbonat ikke er noe stort problem. Side 165

8 Side: 7 av Vannkvalitet Avrenning fra nedslagsfeltet Gruvedalen kommer fra snøsmelting og regnvann. Feltet er påvirket av gruvedrift som gir sur avrenning. Dette medfører økt innhold av tungmetaller som stammer fra steindeponier. Den dårlige vannkvaliteten opptrer i begynnelsen og slutten av sommeren. På begynnelsen av sommeren kommer forurensningene fra eluering fra snølaget og underliggende steindeponier. Den høye konsentrasjonen senest på sommeren er på grunn av liten avrenning med dertil lang kontakttid med fjell/stein, samt at det ikke lengre forekommer fortynning fra oppkommer nederst i fjellsidene rundt minen. /4/ Avrenning fra nedslagsfeltet Endalen kommer fra snøsmelting, bresmelting og regnvann. Feltet er moderat påvirket av gruvedrift. Vann fra bresmelting er viktig for utjevning og fortynning av forurensninger. Som for Gruvedalen er forurensingen størst ved slutten av sommeren når avrenningen fra isbreen er lav og dermed ikke fortynner avrenningen fra området som er påvirket av gruveaktivitet. Vannkvaliteten er også påvirket av tunge regnskyll på slutten av sommeren som medfører avrenning av forurensninger fra fjellsidene. /4/ «Longyearbyens prøvetakningsplan for vann er i henhold til drikkevannsforskriftens krav. Det tas én prøve fra ubehandlet vann, én fra behandlet vann på vannbehandlingsanlegget, og tre prøver fra nettet (Sykehuset, Bykaia og et tilfeldig sted som varierer fra gang til gang). I sommerhalvåret (uke 22-40) tas det prøver annenhver uke, mens vinterstid tas det hver fjerde uke. Resultatet fra prøvene fra TosLab fra de siste 4 årene ( ) er oppsummert i vedlegg. I 2002 ble det tatt en utvidet prøve av råvannet. Det viser seg at innholdet av PAH er høyere enn forskriftens krav, hvor naftalen bidrar til den største konsentrasjonen. Av prøvene ser man at mangantallet overskrider drikkevannsforskiftens krav svært ofte. Det er også registrert en del lave ph verdier på ledningsnettet, samt noen høye verdier av restaluminium i vannet. Problemene rundt restaluminiumet viser seg i det man skifter vannkilde. Vannet er i følge drikkevannsprøvene gjennomsnittlig middels hardt, men har høye maksimalverdier.»/1/ Det høye innholdet av aluminium kan enten stamme fra innkjøringsperiode for fellingskjemikalie som følge av bytte av vannkilde, eller fra høyt innhold aluminium i vannkilden denne perioden. Undersøkelse av avrenningen fra Gruvedalen og Endalen /4/ indikerer at innhold av aluminium skyldes oppløsning av metaller fra avrenning. Innholdet av aluminium er spesielt stor i vann fra Gruvedalen i juni. Det kan derfor med fordel avventes å ta i bruk sommervannkilden til etter denne perioden. Avrenning fra Gruvedalen har også periodevis høyt innhold av sulfat på senhøst/vinteren. Det er foretatt for få analyser av sulfat i drikkevannet for å kunne si noe om hvordan dette gir seg utslag i nettvannet. Råvannsprøver viser i tillegg at råvannet har et høyt innhold av jern (usikkert om dette er partikulært eller vannløst da prøver ikke filtrertes før analyse), noe høy ledningsevne, noe høyt innhold av salter og kan i perioder klassifiseres som middelshardt-hardt (varierer). Ved gjennomgang av analyseresultater samt kontrollprøver for PAH hvor kun PAH-forbindelser som skal medtas i hht. drikkevannsforskriften, ser man at grenseverdi for PAH i hht. drikkevannsforskriftens krav ikke overskrides. Det er påvist noe innhold av hydrokarboner, i hovedsak Naftalen. Stoffet er mistenkt for å kunne være kreftfremkallende men det er ikke angitt med krav til grenseverdi i drikkevannsforskriften eller i WHO s veileder for drikkevann. Det er derfor ikke grunnlag for å tro at dette har helsemessig konsekvens for drikkevannet. Ved oppstartsmøte ble det orientert at det tidvis er meget høye konsentrasjoner av klorid i vannet. Dette skjer ut over vinteren når volumet i vannkilden reduseres. Det mistenkes at dette skyldes tilsig fra isbre som grunnvann i marin avsetning. Dette er ikke fanget opp gjennom vannprøvene som er tatt de seneste årene. Avrenning fra gruvedalen har periodevis høyt innhold av sulfat (høyest målt er 214 mg/l). Innholdet av sulfat vil fortynnes i vannkilden. Det anbefales at frekvens for analyser av sulfat økes for å få bedre oversikt over Side 166

9 Side: 8 av 24 om dette er et problem. Drikkevannsforskriften har en grenseverdi på 100 mg/l sulfat for vann på ledningsnett. Høyt innhold av sulfat medfører ikke helsemessig risiko, men kan føre til korrosivt vann. 2.5 Kapasitet Dimensjonerende kapasitet for vannbehandlingsanlegget er angitt til 70 m3/time. I følge hovedplan vann var følgende vannforbruk registrert i 2010: Midlere vannforbruk: 756 m 3 /døgn (31,5 m 3 /time) Maksimalt døgnforbruk: /døgn (53 m 3 /time) Dette gir en maksimal døgnfaktor på ca. 1,65 Det er angitt at antatt fremtidig vannforbruk i 2018 er ca. 143 m 3 /døgn mer enn registrert i Fremtidig maksimalt døgnforbruk i år 2018 kan derfor antas til 1483 m 3 /døgn (62 m 3 /time). Utvidet behandling for reduksjon av manganinnhold foreslås dimensjonert for samme kapasitet som behandlingsanlegget for øvrig dvs. 70 m 3 /time. Det er registrert vanntemperatur på ca. 0 grader Celsius i perioden oktober til mai. I perioden mai til oktober ligger den som regel på ca. 5-9 grader. Side 167

10 Side: 9 av 24 3 MANGANREDUKSJON 3.1 Generelt Mangel på oksygen gjør mangan og jern vannløselig. Normalt er problem med høyt innhold av vannløst mangan knyttet til grunnvannskilder. Det kan antas at problemet for Longyearbyen skyldes at vannkilden Isdammen er dekket av et tykt islag store deler av året og dermed ikke får tilstrekkelig tilgang til oksygen. Biologiske og kjemiske prosesser i vannkilden vil da forbruke tilgjengelig oksygen i vannet og føre til oksygenbrist. Mangan er ikke ansett som helsefarlig, men utfelling av mangan hos abonnenter kan gi estetiske og bruksmessige ulemper for eksempel misfarging av klesvask. 3.2 Manganreduksjon Den mest vanlige metoden for reduksjon av vannløst mangan er oksidasjon til fast forbindelse og etterfølgende filtrering. Mn(OH)2 -> Mn2+ -> Mn4+ -> Mn(OH)4. Oksidasjonsmiddelets oppgave er å oksidere Mn2+ til Mn4+. Aktuelle oksidasjonsmidler er: Luft i vann Ozon Kaliumpermanganat Hypolkloritt og klordioksyd som oksidasjonsmetoder er mindre aktuelt da disse krever nøye dosering samt det generelt ikke ønskes klorlukt/smak i drikkevannet av estetiske grunner. Kan også føre til dannelse av klorerte hydrokarboner (mulig helseskadelig) dersom det er hydrokarboner tilstede i råvannet. Da vannet i tillegg er periodevis hardt er kationebytting en aktuell metode som gir både reduksjon av hardhet i tillegg til mangan. Side 168

11 Side: 10 av Lufting Alternativet innebærer at vannet ph-justeres luftes i en kontakttank før tilførsel av fellingskjemikalier og utfelling i eksisterende filtre. Metoden har lave investerings og driftskostnader. Ulempen at reaksjonshastigheten er avhenging av høy ph for å skje raskt. Ved ph ca. 9,5 vil man få tilnærmet umiddelbar utfelling. Ved lavere ph vil reaksjonen gå saktere dess lavere ph er. ph i råvannet for Isdammen er ca. 6,5 og vil kreve lang kontaktid. Utfordringen er at ph ikke kan justeres for høyt da fellingskjemikalie for partikkelfjerning har et begrenset ph-område for optimal felling (6,0 7,0 for PAX som benyttes i dag). Det er utført et enkelt labratorieforsøk for å vurdere om det kan være mulig å få tilstrekkelig reduksjon av mangan ved kun lufting og om tanke for kontakttid kan etableres innenfor dagens bygningsmasse. Vannprøver ble ph-justert og luftet før de ble filtrert etter forskjellige tidsintervaller. Se tabell for resultater. Referanseprøven viste et innhold på 165 µg Mn/l (ufiltrert prøve). Tabell 1: Labratorieforsøk manganreduksjon filtrerte prøver ph Ikke luftet [µg/l] Luftet 0 min. [µg/l] Luftet 5 min. [µg/l] Luftet 10 min. [µg/l] Luftet 30 min. [µg/l] 6, , , , Forsøket viser at ph-økning gir større utfelling av Mangan. Videre ser det ut til at kontakttiden for å få tilstrekkelig utfelling sannsynligvis er vesentlig lengre enn det som ble gjennomført i forsøket. Det antas at forskjellen i konsentrasjonene ved samme ph snarere er resultat av analyseusikkerheter enn nødvendig kontakttid da man i så fall forventer reduserte verdier dess lengre kontakttid. Selv med høy ph oppnådde man ikke å redusere manganinnholdet til under grenseverdien på 50 µg Mn/l. Det konkluderes med at lufting sannsynligvis ikke er tilstrekkelig som oksidasjonsmiddel for manganreduksjon for Longyearbyen vannverk. Side 169

12 Side: 11 av Ozonering Ozon er et sterkt oksidasjonsmiddel som gir rask utfelling av mangan og er ph-uavhengig mht. reaksjonshastighet. Metoden krever derfor en relativ liten kontakttank (ca 4-5 m3), men trenger større tanker for fjerning av utfelt mangan/restozon. Metoden har høye investeringskostnader og krever utvidelse av eksisterende bygg. Driftskostnadene er lave da ozon produseres lokalt fra luft. Ozonering krever filtre i syrefast utførelse da oksidering kan gi korrosjon på tanker med lavere stålkvalitet. /3/. Eksisterende rør og filtre er rustfrie (ikke syrefaste). Det er derfor mest hensiktsmessig å etablere dette som et eget trinn etter dagens kontaktfiltrering. Kilde: Sterner Aquatech Det antas at eksisterende bygg må utvides med ca. 100 m 2. Total kostnad inklusive prosessutrustning er estimert til ca. 9,3 millioner kroner eks. mva. Side 170

13 Side: 12 av Kaliumpermanganat med felling på eksisterende filtre Metoden har relativt lave investeringskostnader. Kaliumpermanganat i pulverform løses i vann før det doseres inn i vannstrømmen ved hjelp av kjemikaliepumpe. Utfellingen av mangan er avhengig av tilstrekkelig oppholdstid i kontakttank før felling på filtre. Det antas at en tank på ca. 25 m3 (20 minutter oppholdstid ved vannproduksjon på 75 m 3 /time) er tilstrekkelig. Det anbefales at reaksjonstiden testes før eventuell detaljprosjektering for korrekt dimensjonering av tankstørrelse. Dersom det viser seg at nødvendig kontakttid blir vesentlig større er det sannsynlig at bygget må utvides. Det kan nevnes at ved noen anlegg i Sverige har det vært nødvendig med 1 time kontakttid. Driftskostnadene er relativt høye både pga kostnad for kjemikalie samt fraktkostnad til Svalbard. Det antas at kjemikaliekostnad inkl. frakt vil være ca. kr eks. mva. per år med dagens vannforbruk. Dette tilsvarer ca. 0,1 kr/m3 produsert vann. Reaksjonshastigheten er høy ved ph>5,5. Fordelen er at man kan benytte eksisterende filtre for fjerning av utfelt mangan. Krever nøyaktig dosering og kan føre til «kaker» av utfelt mangan i filteret. Det antas en kostnad på ca. 0,8 millioner kroner eks. mva. for etablering av oksidasjonstrinn basert på kaliumpermanganat. Dersom det er mulig å benytte eksisterende inntakskammer for pumper som kontakttank vil kostnaden bli vesentlig mindre. Dette forutsetter at tilgjengelige i inntakskamre har tilstrekkelig volum for å oppnå nødvendig kontakttid Grønnsandfilter Vannet filtreres gjennom «grønnsand» som er en type zeolitt hvor overflaten har et lag av manganoksid som oksiderer mangan (og jern) ved kontakt. Filteret må regenereres med bruk av kaluimpermanganat. Prosessen er for det meste brukt i små vannverk. Side 171

14 Side: 13 av Ionebytting Ionebytting kan være en aktuell vannbehandling da man i tillegg til noe høyt innhold av mangan har et hardt vann som følge av høyt innhold av kalsium/magnesium. Høyt innhold av kalsium medfører at såpe skummer dårlig og gir utfelling av kjelstein (kalsiumkarbonat) i varmevekslere, varmvannsberedere og oppvaskmaskiner. Dette kan medføre gjentettinger og redusert effekt da varmeoverføringskapasiteten reduseres. Årsak til at dette spesielt er et problem i på varmtvannssiden er at løseligheten av kalsiumkarbonat reduseres jo høyere temperaturen er. Ved ionebytting for avherding (og reduksjon av jern/mangan) benyttes en kationisk filtermasse. Filtermassen er syntetisk fremstilt med tilknyttede natriumioner. Filtermassen vil foretrekke flervalente ioner fremfor monovalente og vil derfor bytte ut natriumioner med ioner av kalsium, magnesium, mangan og jern. Når alle ionene er byttet ut må filtermassen regenereres med en NaCl-løsning. Ved en høy konsentrasjon av NaCl-løsning vil fileret miste preferansen for flervalente ioner og prosessen reverseres. Avløpsvannet fra regenereringsprosessen har høyt saltinnhold, men dette antas ikke å være et problem da havet blir resipient for dette. Det ønskes ikke å fjerne all hardhet da vannet vil miste bufferevnen. Det er derfor vanlig å la en vannstrøm gå utenom anlegget. Ulempen er at også mangan vil følge med i delstrømmen. Reduksjon av mangan er derfor avhengig av hvor mye delstrømmen fortynnes av avherdet vann. Dersom det er mulig å bygge i høyden i eksisterende rom for trykkøkningspumper kan det være mulig å få plass til et ionebytteanlegg innenfor eksisterende bygg. Kostnad er estimert til ca. 3,6 millioner kroner eks. mva. Side 172

15 Side: 14 av Sammendrag Det må tas stilling til om man kun ønsker å redusere innhold av mangan eller om man i tillegg ønsker å redusere hardheten på vannet. Høyt innhold av mangan og hardt vann innebærer ikke noen helsemessige risiko. Dersom man kun ønsker reduksjon av manganinnholdet anbefales det at prosessen baseres på oksidasjon med kaliumpermanganat. Dersom nødvendig kontakttid ikke blir for høy kan det være mulig å etablere utvidet prosess innenfor eksisterende bygningsmasse. Dersom det i tillegg ønskes å redusere bruksulempene som hardt vann medfører, anbefales at det vurderes nærmere mulighet for reduksjon av mangan og hardhet med bruk av ionebytting som prosess. Det er vesentlig forskjell i kostnadene for de ulike alternativene: Ca. 0.8 mill. kr. eks. mva. for alternativ med oksidasjon, mens ionebytting vil koste omtrentlig 3,6 mill. kr. eks. mva. Det forutsettes at prosesser kan løses innenfor eksisterende bygg. Kostnader er inkludert lufting for CO 2 fjerning samt usikkerhet på 20%. Side 173

16 Side: 15 av 24 4 KORROSJONSKONTROLL 4.1 Bakgrunn Som ph-justering før felling og ut på nett benyttes det i dag lut. ph ut fra vannbehandlingsanlegget ligger mellom 8,5 9,0. Lutdosering før filtrene styres etter målt vannmengde og målt ph. Lutdosering ut skjer rett før pumper og styres kun etter målt vannmengde. Da pumpemengden avhenger av vannforbruket gir dette litt uforutsigbare styrebetingelser som medfører foran nevnte variasjon i ph ut. Målinger ute på nettet viser at ph-verdiene faller til ca. 7,0 7,5. Det kan være at vannkjemien ikke rekker å stabilisere seg tilstrekkelig til at målt ph (styringsparameter) blir riktig pga bufferevnen i vannet og kort oppholdstid mellom doseringspunkt for lut og målepunkt for ph. Dette kan være en årsak til forskjell på lavere målt ph ute på ledningsnettet enn det som måles ut fra behandlingsanlegget. Vannledningene i Longyearbyen består av plastledninger og er derfor ikke utsatt for korrosjon. Husinstallasjonene består imidlertid stort sett av kobber ledninger. Longyearbyen har store problemer mht. korrosjon av disse. I varmtvannsrørene og spesielt i varmevekslere er det også problemer med utfelling av kalsiumkarbonat og beleggdannelse av mangan. Renvannet i dag: Periodevis hardt vann Noe høy ledningsevne/saltinnhold God alkalitet (basert på en analyse på 0,62 mmol/l) Sannsynligvis noe høy konsentrasjon av fritt aggressivt CO2 ph er en nøkkelparameter ved at den påvirker kjemiske likevekter av betydning for korrosjon og dannelse av korrosjonsbeskyttende belegg. Mange metaller, blant annet kopper, og sement tæres minst når ph ligger opp mot 9,5. For disse materialene er ph-verdier lavere enn ph 8,0 sammen med høy alkalitet spesielt ugunstig, da det fører til at vannet har høy konsentrasjon av fri "aggressiv" CO2, som hindrer karbonatfelling og øker løseligheten av ulike metallioner. /2/ En heving av ph vil gi redusert korrosjonshastighet. Det er usikkert hvor mye dette i praksis vil redusere hastigheten grunnet noe høy ledningsevne, men det forventes merkbar forbedring. Det antas at høyt innhold av fritt CO 2 er hovedårsak til korrosjon på kobberinstallasjoner for kaldvannrør (rør og varmevekslere av kobber). Analyseresultater av hardhet og ph indikerer en mengde på mg CO 2 /l. Mengde fritt CO 2 kan fastsettes mer nøyaktig ved bruk av måleutstyr. Et høyt innhold av salter (høy ledningsevne) bidrar til at korrosjonen skjer meget hurtig. Høyt saltinnhold medfører også at galvanisk korrosjon ved koblinger i ulik metallkvalitet skjer raskt. Utfelling av mangan, rustknoller, kalsiumkarbonat etc. i rørene kan også gi korrosjon som følge av luftningscellekorrosjon. Side 174

17 Side: 16 av Lufting Lufting kan fjerne fritt CO 2 og dermed redusere aggressiviteten til vannet. Lufting kan skje i Isdammen, i inntakskammer eller i rentvannsmagasin (f.eks. ved bruk av difusorluftere, kaskadelufter etc.). Det forventes at lufting vil medføre en viss ph-heving. Dette kan medføre at ph blir høyere enn optimalt mht. dagens PAX-dosering dersom luftingen foretas før felling. Eksempel på aktuell CO 2 -lufter. Kilde: Sterner Aquatech. Side 175

18 Side: 17 av Vannglass Vannglass kan være et alternativ til lut for ph-justering av vann ut på nettet. En egenskap med vannglass som er gunstig mht. vannforsyningen i Longyearbyen er at jern og mangan kompleksbindes. Dvs. man har samme konsentrasjon av mangan i vannet, men det felles ikke ut og gir derfor ikke bruksmessige ulemper. Løseligheten til vannglass øker jo høyere temperaturen er. Normal doseres det såpass lite vannglass at det felles ikke ut selv ved lave temperaturer. Vannglass kan redusere/fjerne beleggdannelse av kobberoksid ved at det omdannes til løs forbindelse. Egenskapen vannglass har som korrosjonsinhibator for kobber er primært pga. ph-økningen. Vannglass kan også gi en positiv effekt mht. dannelse en selvbegrensende film av metallsilikat i rør som kan gi en barriere mot aggressivt vann. Om og hvor stor denne effekten er strides det dog om. Vannglass er ikke gunstig dersom vannet er hardt, da høyt kalsiuminnhold binder opp silikat. Dvs. dersom vannet ikke avherdes kan vannglass være et dårligere alternativ enn lut for ph-justering for Longyearbyen vannverk. Bruk av vannglass forutsetter at man først kvitter seg med lett utfellbart materiale. I utgangspunktet gjelder dette både kalk og jern, men i praksis har man sett at det mest er jern som er problematisk. En mulig elegant løsning for Longyearbyen kan derfor være å lufte og filtrere vannet først for å kvitte seg meg jern. Dersom man deretter bruker vannglass er det en fair sjanse for at man vil klare å kompleksbinde mangan uten å få utfellingsproblemer med kalk, men dette bør i så fall testes først ettersom det er en konsentrasjonsavhengig prossess det ikke lar seg regne på. Kostnad for å endre fra lut til vannglass er meget lav da man kan bruke samme utstyr som for eksisterende lutdosering. Erfaringsmessig er kjemikaliekostnaden tilnærmet lik for lut og vannglass. 4.4 Lut ph justeres i dag med lut. Doseringen styres ut i fra målt vannmengde. Doseringspunkt skjer rett før målepunkt for ph. Dette medfører en meget kort oppholdstid mellom doseringspunkt og målepunkt. Det er derfor sannsynlig at vannkjemien ikke rekker å stabilisere seg tilstrekkelig før målepunktet. Dette vil medføre at målt ph på vannbehandlingsanlegget blir feil i forhold til ph på nettet hvor vannkjemien har stabilisert seg. Det anbefales å forsøke å flytte ph-justeringen til foran utjevningsmagasin i behandlingsanlegget. Dette vil gi en oppholdstid på over 10 minutter og være tilstrekkelig til at vannkjemien stabiliserer seg før målepunkt for ph og videre pumping ut på nettet. Side 176

19 Side: 18 av 24 5 OPPSUMMERING Det er i hovedplan vann inkludert prosjekt om manganfjerning. I tillegg har Longyearbyen utfordringer mht. følgende parametre som dagens vannbehandlingsprosess ikke kan løse: Noe høyt innhold av ioner (hovedsakelig klorid) som medfører økt hastighet på korrosjon. Mulig høy andel av fritt CO2 som gir korrosjon i husinnstallasjoner av kobber (kaldvannsiden). Hardt vann som medfører utfelling av uønsket kalsiumkarbonat, spesielt i varmtvannsystemer (høy temperatur medfører at løseligheten av kalsiumkarbonat reduseres). Høyt innhold av mangan som gir bruksulemper mht. misfarging av klesvask, utfelling i vaskemaskiner, varmevekslere etc. For å bedre driftsforhold på privat nett ved å redusere hardheten på vannet og øke ph på nettet, anses følgende prosess som gunstig for Longyearbyen: Lufting av vannet for avdrivning av fritt CO2 og bedre vilkår for felling av jern/mangan i eksisterende filtre. Kontaktfiltrering i Dynasandfiltre (dagens prosess) for partikkelfjerning og reduksjon av jern. Kationebytting for avherding og manganreduksjon UV-bestråling (dagens prosess) Ph-justering med bruk av vannglass eller lut. Dersom det kun ønskes å redusere manganinnholdet anses følgende prosess som gunstig for Longyearbyen: Lufting av vannet for avdrivning av fritt CO2 Oksidering av jern/mangan i kontakttank med kaliumpermanganat som oksidasjonsmiddel Kontaktfiltrering i Dynasandfiltre (dagens prosess) for partikkelfjerning (inkl. utfelt jern/mangan). UV-bestråling (dagens prosess). Ph-justering ved bruk av lut eller vannglass. Ved denne løsningen bør det utføres pilotforsøk for å finne riktig oppholdstid i kontakttank samt kontroll at ph-økningen ikke blir for stor i forhold til fellings-ph for etterfølgende kontaktfiltrering. Et tredje alternativ som kan være aktuelt for Longyearbyen er lufting og vannglassdosering. Man vil da ikke fjerne manganet, men kompleksbinde dette slik at det ikke feller ut og gir bruksulemper. Dersom man oppnår tilstrekkelig høy og stabil ph på nettet vil dette medføre en reduksjon av korrosjon på kaldvannsiden i boliger. Denne løsningen medfører imidlertid fortsatt problemer mht. utfelling av kalsiumkarbonat i varmtvannsystemer samt periodevis dårlig smak pga saltinnhold. Da vannet inneholder mye kalsium (> 10 mg Ca/l) samt ioner anbefales det at det gjennomføres en test for vurdering om det kan bli ønskede utfellinger som følge av dette. Foreslåtte løsninger reduserer ikke salter i vannet. Selv om ph økes kan dette muligens medføre raskere korrosjon enn det som er normalt. Det må også påregnes at vannet har dårlig smak i perioder med høyt saltinnhold. Anionebytter er en av flere metoder for å fjerne/redusere innhold av klorid. Dette er ikke vurdert nærmere da dette ligger utenfor oppdragets omfang. Videre er det ikke gjort nærmere vurderinger av innhold av aluminium og fosfat. Det anbefales at det foretas analyser på råvannet mht. aluminium med samme frekvens som for renvannet for å identifisere om overskridelser skyldes råvannskvalitet eller feildosering av fellingskjemikalie. Det anbefales også å øke frekvens for analyse av fosfat da studie av nedslagsfelt indikerer at vannkilden kan være påvirket av dette. Side 177

20 Side: 19 av 24 Referanser /1/ Hovedplan vann, Longyearbyen , Mulitconsult AS /2/ Vannforsyningens ABC /3/ Sterner Aquatech /4/ The water supply to Longyearbyen: understanding the present system and future uncertainties, 2013, Prof. A.J Hodson, A. Nowak and prof. H. H. Christiansen Side 178

21 Side: 20 av 24 Vedlegg 1 Analyseresultater vannprøver 1.1 Vannkvalitetsparametre Resultater fra analysene de siste 4 år, tabeller fra hovedplan vann: Table 1: Kilde, råvann Parameter Grenseverdi Antall Gj.snitt Maks Overskridelser siste 4 år Koliforme bakterier /100ml , Campylobacter i vann /100ml 0 9 0, ph 6,5-9,5 11 6,66 7,1 3 Konduktivitet ms/m < ,59 85,1 0 Turbiditet FNU <4 11 3, Klorider mg Cl/l < , Mangan μg Mn/l , Aluminium, syreløst μg Al/l < , Kimtall /ml (<100) 10 75, E.coli /100ml 0 8 0, Intestinale enterokokker /100ml 0 8 0, Closttridum perfrigens /100ml 0 8 0, Ammonium < , Nitrat+nitrit < , Arsen μg As/l <10 2 0,15 0,2 0 Jern μg Fe/l < , Kadmium μg Cd/l <5 2 0,02 0,029 0 Sulfat μg SO42-/l < , Radon kbq/m3 < Alkalitet mmol/l fargetall 8 1, Hardhet 6 6, TOC Side 179

22 Side: 21 av 24 Table 2: Vann etter behandling på VBA Parameter Grenseverdi Antall Gj.snitt Maks Overskridelser siste 4 år Koliforme bakterier /100ml Campylobacter i vann /100ml ph 6,5-9,5 58 6,79 7,35 6 Konduktivitet ms/m < ,61 86,60 0 Turbiditet FNU <4 59 0,36 1,20 0 Klorider mg Cl/l < ,67 175,00 0 Mangan μg Mn/l ,38 255,00 34 Aluminium, syreløst μg Al/l < , ,00 6 Kimtall /ml < ,77 33,00 0 E.coli /100ml ,00 0,00 0 Intestinale enterokokker /100ml ,00 0,00 0 Closttridum perfrigens /100ml ,00 0,00 0 Ammonium < ,35 62,00 0 Nitrat+nitrit < ,23 290,00 0 Arsen <10 3 0,10 0,20 0 Jern < ,81 75,00 0 Kadmium <5 3 0,01 0,01 0 Sulfat < ,80 52,00 0 Radon kbq/m3 < ,00 0,00 0 Alkalitet mmol/l 0 0,00 0,00 0 fargetall 43 1,22 6,00 0 Hardhet 43 6,70 11,00 0 TOC 0 0,00 0,00 0 Ledningsnett Table 3: Sykehuset Parameter Grenseverdi Antall Gj.snitt Maks Overskridelser siste 4 år Koliforme bakterier /100ml , Campylobacter i vann /100ml , ph 6,5-9,5 59 7,26 7,8 2 Konduktivitet ms/m < ,15 87,9 0 Turbiditet FNU <4 60 0,37 1,8 0 Klorider mg Cl/l < , Mangan μg Mn/l , Aluminium, syreløst μg Al/l < , Kimtall /ml < , E.coli /100ml , Intestinale enterokokker /100ml , Closttridum perfrigens /100ml , Ammonium < , Nitrat+nitrit < , Arsen <10 3 0,06 0,1 0 Jern < , Kadmium <5 3 0,02 0,029 0 Sulfat < , Radon kbq/m3 < fargetall 45 1, Hardhet 45 6, TOC Side 180

23 Side: 22 av 24 Table 4: Bykaia Parameter Grenseverdi Antall Gj.snitt Maks Overskridelser siste 4 år Koliforme bakterier /100ml , Campylobacter i vann /100ml , ph 6,5-9,5 19 7,04 7,8 2 Konduktivitet ms/m < ,20 87,2 0 Turbiditet FNU <4 19 0,49 2,4 0 Klorider mg Cl/l < , Mangan μg Mn/l , Aluminium, syreløst μg Al/l < , Kimtall /ml < , E.coli /100ml 0 9 0, Intestinale enterokokker /100ml 0 9 0, Closttridum perfrigens /100ml 0 9 0, Ammonium < , Nitrat+nitrit < , Arsen < Jern < , Kadmium < Sulfat < Radon kbq/m3 < fargetall 13 1, Hardhet 14 5, TOC Table 5: Tilfeldige steder på ledningsnettet Parameter Grenseverdi Antall Gj.snitt Maks Overskridelser siste 4 år Koliforme bakterier /100ml ,00 0,00 0 Campylobacter i vann /100ml ,00 0,00 0 ph 6,5-9,5 58 7,25 7,80 1 Konduktivitet ms/m < ,27 89,10 0 Turbiditet FNU <4 59 0,36 1,90 0 Klorider mg Cl/l < ,60 180,00 0 Mangan μg Mn/l ,16 159,00 20 Aluminium, syreløst μg Al/l < , ,00 5 Kimtall /ml < ,47 300,00 9 E.coli /100ml ,00 0,00 0 Intestinale enterokokker /100ml ,02 1,00 1 Closttridum perfrigens /100ml ,00 0,00 0 Ammonium < ,68 36,00 0 Nitrat+nitrit < ,22 300,00 0 Arsen <10 3 0,07 0,10 0 Jern < ,89 215,00 1 Kadmium <5 3 0,01 0,03 0 Sulfat < ,80 110,00 1 Radon kbq/m3 < ,00 0 fargetall 44 1,12 2,00 0 Hardhet 44 6,68 12,00 0 TOC 0 0,00 0 Side 181

24 Side: 23 av Sammenstilling av utvidet analyse av Råvannsprøve Parameter Enhet Gruvedalen Isdammen Gruvedalen Isdammen Grenseverdier Surhetsgrad ph 6,67 7,17 5,44 7,05 6,5 9,5 Ledningsevne ms/m 67,4 24,1 27,6 13,3 250 (konduktivitet) Ammonium mg/l N 0,011 0,009 0,005 0,055 0,5 Nitritt g/l <1 1 <1 3 <50 Nitrat g/l Klorid mg/l 4,5 12,7 3 8, Sulfat mg/l , ,4 100 Cyanid, total g/l <10 <10 <10 <10 <10 Fluorid mg/l <0,1 <0,1 0,049 0,048 <1,5 Aluminium g/l Arsen g/l 0,25 0,22 0,05 0,6 10 Bor g/l 22 9, Kadmium g/l 0,069 0,11 0,083 0,024 5 Krom g/l 0,3 0,76 0,1 4,25 50 Kobber g/l 0,867 1,88 0,695 2, Jern g/l Kvikksølv ng/l < <1 <1 <1 3 <500 Mangan g/l 72,1 54,4 53, Natrium g/l 16,3 12,8 5,99 6, Nikkel g/l 11,1 2,21 11,3 3,3 20 Bly g/l 0,276 0,926 0,035 1,32 10 Antimon g/l 0,06 0,1 0,05 0,05 5 Selen g/l <1 <1 <1 <1 <10 Benzo (b+j,k)flu ng/l < Benzo (a) pyren ng/l < < ,6 <10 Perylen ng/l < ,4 Indeno ng/l < Sum polysykliske PAH ng/l < ,4 <100 Bromoform g/l 0,1 0,1 0,06 0,06 Kloroform g/l 0,4 0,4 0,3 0,8 Diklorbromometan g/l 0,4 0,4 0,06 0,06 Dibromkloretan g/l 0,06 0,06 Sum Total trihalometaner 0,9 0,9 0,5 1,0 50 Sum PAH ng/l < 202,8 29, Tetrakloretylen g/l 0,1 0,15 0,06 0,06 Trikloretylen g/l 0,1 0,1 0,06 0,06 Sum tera/triklor g/l 0,2 0,25 0,12 0,12 10 Benzen <10 <10 <10 Side 182

25 Side: 24 av 24 Parameter Enhet Gruvedalen Isdammen Gruvedalen Isdammen Grenseverdier Karbon, organisk 0,62 0,8 0,18 0,82 1,1,1 trikloretan u u u 1-Metylfenatren 83 5,1 < Metylnaftalen 56 6,4 <2 33 2,3,5-trimentylnaf 36 6 < Dimetylnaftalen 3,4 1,2 <2 3,5 2-Metylnaftalen 6,9 2,6 <2 22 Acenaften 2,2 <1 <2 <2 Acennaftylen <1 <1 <2 13 Antracen 2,7 1,4 <2 28 Benz (a) antracen 2,1 <1 <2 2,5 Benzo (e) pyren 4,8 2,7 <2 24 Benzoperylen <1 <1 <2 2,3 Bifenyl 4,6 2,1 <2 23 Chrysen + trifenylen <1 1 <2 13 Dibenz 1,1 1 <2 16 Etylbenzen <1 <1 <2 8,3 Fenatren <1 <1 <2 13 Fluoranten <1 <1 <2 13 Fluoren <1 <1 <2 2,2 Karbontetraklorid <1 <1 <2 8,2 m-xylol ,1 Naftalen , Pesticider <0,1 <0,1 0,06 0,06 p-xylol <0,1 <0,1 m m Pyren <1 <1 Styren m m Sum KPAH <1 <1 Sum NPD <1 <1 Toluen <1 <1 Side 183