Norsk vann- og avløpssektor Kapittel 2 VA-hydrologi 40 Kapittel 3 VA-hydraulikk Kapittel 1 Introduksjon om VA-teknikk

Transkript

1 Innhold Norsk vann- og avløpssektor 16 Historikk starten på en moderne vann- og avløpstjeneste 16 Svartediket Norges første moderne vannverk 16 Innføring av vannklosetter og avløpsrensing 17 Behov for vannbehandling 17 Økt fokus på forurensningsproblemene 18 Quo Vadis, norsk VA-sektor? 18 Norsk VA-sektor 19 Vannforsyning 19 Avløpshåndtering 19 VA-sektorens forhold til sine kunder 20 Boligeiere 20 Næringskunder 20 Vannmåler 20 Kundeservice 20 Kostnader og gebyrer 21 Kvalitet 21 Rerekruttering 21 Kompetanse 22 Kompetanseutfordringer 22 Muligheter 22 Utdanning 23 Forskning og utvikling (FoU) 23 Kapittel 1 Introduksjon om VA-teknikk Vannkilden med vanninntak Vannbehandlingsanlegget Transportsystemet for drikkevann Utjevningsmagasin/høydebasseng Vannledningsnettet Avløpsnettet Avløpsrenseanleggene Utslippsarrangementet 38 Kapittel 2 VA-hydrologi Innledning Om vannressursene på jorda og i Norge Overflatevann Grunnvann Vann i fjorder, på kysten og i havet De hydrologiske prosessene Nedbør, nedbørtyper og nedbørfordeling Klimaendringens innflytelse på nedbøren Sammenhengen mellom nedbør og overflateavrenning Strømning av vann i grunnen Urbanhydrologi Nedbør- og avrenningsmålinger Nedbørmålinger Avrenningsmålinger Målerenner og målekanaler for vannføringsmålinger Datainnsamling Magasinering og regulering av vannressursene Generelt om magasinering og regulering Magasinkurver og reguleringskurver Magasinberegning ved bruk av hydrologiske modeller 62 Kapittel 3 VA-hydraulikk Introduksjon Noen grunnleggende fysiske begreper Vanntrykk Spesifikk vekt Hydrostatikk Trykk på en flate under vann Trykkrefter i rørbend Rørstrømning Kontinuitetsligningen 66

2 Friksjonstap i ledninger Beregning av nødvendig diameter for å transportere en viss vannføring Energilinjer Rørruhet Beregning av vannføringskapasitet i ledninger Singulærtap Energibalanse Bernoullis ligning Kanalstrømning Kontinuitetsprinsippet Teori for kanalstrømning prinsipper for vannføringsmåling Strømmende, strykende og kritisk strømning Bruk av Mannings formel Delfyllingskurver for sirkulære tverrsnitt Selvrensing i avløpsrør Generelt 82 Kapittel 4 VA-kjemi Grunnleggende kjemi Angivelse av masse, konsentrasjon og aktivitet Kjemiske parametre Kjemiske likevekter Homogene likevekter Heterogene likevekter og utfelling Gassløselighet og -likevekt Oksidasjonsreaksjoner Elementær oksidasjonsteori Eksempler på viktige oksidasjonsreaksjoner Reaksjonskinetikk Reaksjonsorden og teori Effekt av temperatur 102 Kapittel 5 Vannkvalitet og vannforurensning Innledning Noen vanlig brukte kjemiske og sensoriske parametre ph, alkalitet og aciditet Ledningsevne, saltinnhold Temperatur Oppløst oksygen Farge Uklarhet Lukt og smak Partikler i vann Generelt om karakterisering av partikler i vann Turbiditet Suspendert stoff Totalt tørrstoff og flyktig tørrstoff Spesielt om partikler i drikkevann Spesielt om partikler i avløpsvann Organisk stoff i vann BOD COD TOC UV-absorpsjon og farge Spesielt om naturlig organisk stoff (NOM) i drikkevann Spesielt om organisk stoff i avløpsvann Forurensningsvirkninger av utslipp av oksygenforbrukende, organisk stoff Organiske mikroforurensninger i vann og avløpsvann Uorganiske stoffer i vann Kalsium og magnesium (hardhet) Salter Metaller i vann Næringsstoffer (fosfor og nitrogen) i vann Fosfor Nitrogen Konsekvenser av overbelastning av næringsstoffer i vannforekomster eutrofiering Nitrat i drikkevann Toksiske sporstoffer og radioaktive stoffer i vann Toksiske sporstoffer Radioaktive stoffer i vann Mikroorganismer i vann Virus Bakterier Parasitter Alger Indikatororganismer Vannkvalitetsstandarder Vannkvalitetskravene i drikkevannsforskriften 133

3 Kapittel 6 Vannkilder og vanninntak Vannkilder Karakteristiske forhold ved norske vannkilder Store, dype, lite påvirkede innsjøer Humuspåvirkede vannkilder Eutrofierte innsjøer Elver og bekker Grunnvann Valg av vannkilde Vanninntak Inntak i innsjøer Inntak i elver Grunnvannsinntak 148 Kapittel 7 Vannbehov og vannforbruk Generelt om vannbehov, vannforbruk og vannproduksjon Forbruk i husholdninger Annet forbruk Forbruk i «våt» industri Tap via lekkasjer Variasjoner i forbruket og forbruksberegninger Forbruksvariasjoner Beregning av vannforbruk Vann til brannslukning Dimensjonerende forbruk i vannbehovsanalyser 159 Kapittel 8 Behandling av forsyningsvann Introduksjon om behovet for behandling av drikkevann Inaktivering av mikroorganismer (desinfeksjon) Generelt om desinfeksjon Ct-begrepet Desinfeksjon med klorforbindelser Desinfeksjon med ozon Desinfeksjon ved UV-bestråling Inaktiveringseffektiviteten ved de ulike desinfeksjonsmetodene Dannelse av desinfeksjonsbiprodukter ved klorering og ozonering Fordeler og ulemper med ulike desinfeksjonsmetoder Fjerning av partikler Partikler i vann som ønskes fjernet Siling/planfiltrering Koagulering og flokkulering Sedimentering Flotasjon Filtrering gjennom granulært medium (sandfiltrering) Membranfiltrering Fjerning av humus og andre organiske stoffer Koaguleringsanlegg for fjerning av humus Nanofiltrering for fjerning av humus Ionebytting for fjerning av humus Ozonering/biofiltrering for fjerning av humus Fjerning av organiske mikroforurensninger Fjerning av uorganiske stoffer Fjerning av jern og mangan Fjerning av kalsium og magnesium Fjerning av ammonium og nitrat Fjerning av fluorid og arsenikk Lufting av vann Generelt om gassoverføring Oksygenering av vann gjennom lufting Oksygen som oksidasjonsmiddel Luft som avdrivningsgass Systemer for lufting av vann Korrosjonskontroll Generelt om korrosjonskontroll Karbonatisering for korrosjonskontroll Tilsetting av vannglass for korrosjonskontroll Valg av korrosjonskontrollmetode karbonatisering eller vannglassdosering Valg av vannbehandlingsmetode for ulike vannkilder Behandling av vann fra store, dype innsjøer Behandling av vann fra elver og bekker Behandling av vann fra eutrofierte innsjøer Behandling av vann fra middels store, humuspåvirkede innsjøer Behandling av vann fra små, sterkt humuspåvirkede innsjøer 234 Kapittel 9 Overføring og distribusjon av forsyningsvann Transport fra kilde til forbruker Generelt Krav til trykkforhold, utfordringer og dimensjonerende driftssituasjoner med pumping og/eller gravitasjon 238

4 9.1.3 Trasévalg for overføringsledning Utstyr på overføringsledningen Høydebasseng Om trykkstøt i overføringsledninger Pumpestasjoner og pumper Generelt om pumper og pumpestasjoner Beregningsprinsipper og formler Om trykkstøt i forbindelse med pumping Styring og regulering av pumper Beregningseksempler om pumper Nettutforming, nettplaner og vannhygiene i nettet Generelt om nettet og hygieniske forhold Ringsystem og grensystem Trykksoner og trykknivåer i nettet Planlegging for brannvannsuttak Regulering av vanntrykk og vannstrømmer i et vannforsyningssystem Utstyr og elementer i distribusjonsnettet Kummer Lufteventil Tømmeventil (utspylingsventil) Tilbakeslagsventil Trykkreduksjonsventil Sikkerhetsventil Stengeventil Brannventiler Rørbruddsventil Vannmålere Trykkmålere Pass-stykker (innbygningsstykker) Påkobling av stikkledninger under trykk (anboring) Analyse av vannledningsnett Generelt Det matematiske beregningsgrunnlaget Arbeidsgang for en nettanalyse Målekampanjer, kalibreringer og verifiseringer Ledningsnettanalyser i praksis 280 Kapittel 10 Avløpsvannets mengde og sammensetning Definisjoner Spillvann fra husholdninger, institusjoner og arbeidsplasser Industrielt avløpsvann (Q ind ) Infiltrasjons- og innlekkingsvann (fremmedvann) (Q i ) Overslagsberegning av mengde infiltrasjons- og innlekkingsvann Overvann (Q o ) Overløpsvann (Q ov ) Kommunalt avløp 291 Kapittel 11 Oppsamling og transport av avløpsvann Innledning Avløpstyper og avløpssystemer Krav til avløpssystemenes funksjon Grunnlaget for dimensjonering av enhetene i avløpssystemet Utforming av ledningsanlegg Oppsamlingssystemet Bestemmelse av dimensjonerende spillvannsmengder Spillvannsmengder Variasjon i spillvannsavrenningen Dimensjonerende spillvannsmengde Bestemmelse av dimensjonerende overvannsmengder Beregning av overvannsmengder fra nedslagsfelt Bestemmelse av dimensjonerende vannmengder i fellesledninger Dimensjonering av enhetene i avløpssystemet Selvfallsledninger med kanalstrømning Dykkerledninger og pumpeledninger Avløpstunneler Flomveier Falltap i avløpssystemet Overløp Overløpets virkemåte Funksjonskrav til overløp Overløpstyper Dimensjonering av regnvannsoverløp Vannmengderegulatorer Fordrøyningsanlegg Innledning Typer av fordrøyningsmagasin Funksjon og beregning av fordrøyningsmagasin 325

5 11.8 Pumpesystemer i avløpsnettet Innledning Plassering og funksjonskrav for pumpeanlegg Pumpetyper Nødvendig pumpeinformasjon Pumpestasjoner Dimensjonering og valg av pumper Pumpeledningen Energiforbruk og effektbehov ved pumping Spesielle pumpesystemer Planlegging og prosjektering av pumpesystemer 339 Kapittel 12 Håndtering av overvann Strategier for overvannshåndtering Den rasjonelle metoden bruk av den rasjonelle formel Summasjonskurvemetoden Tiltak for håndtering av overvann Viktige prinsipper ved overvannshåndtering Tekniske løsninger for overvannshåndtering Forurensninger i overvann og tiltak mot forurensninger Forurensninger i overvann Bruk av fordrøyningsdammer som rensedammer Andre forurensningsbegrensende tiltak Flom i byer, klimaendringer og overvannstiltak Flommer i urbane områder Konsekvenser av endret klima 369 Kapittel 13 Ledningsteknologi for vann og avløp Innledning Litt historikk Krav til ledningsnett Fornyelse av eksisterende ledningsnett Materialer for vann og avløpsledninger Mekaniske egenskaper for rørtyper Viktige egenskaper for materialer i ledningsnett Oversikt over rørmaterialer Nedbrytning av ledninger Kjemisk/biologisk nedbrytning Mekaniske prosesser Nedbrytning og beskyttelse av materialer Bygging av vann og avløpsledninger Problemstilling Krav og veiledninger for utførelse Ytre last på avløpsledninger Dimensjonering av trykkledninger Motfall på avløpsledninger Tilstandskontroll Vannledninger Avløpsledninger Fornyelse av ledningsnett Levetid for vann og avløpsnett Fornyelsesplanlegging Fornyelse av VA-ledninger med "NoDig"-metoder Oversikt over NoDig metoder Rørtrykking Boring i løsmasser Boring i fjell eller kombinasjonsmasser Rørinnføring ( Relining ) Utblokking nytt rør Strømperenovering Tettilsluttet rør Belegg Sammenligning mellom NoDig-metoder og konvensjonelle gravemetoder 407 Vedlegg: Standarder for ledningsanlegg 408 Kapittel 14 Rensing av avløpsvann Introduksjon om behovet for rensing av avløpsvann Om behovet for rensing av avløpsvann i et globalt perspektiv Om behovet for rensing av avløpsvann i Norge Om avløpsvann og slam som ressurs Oversikt over metoder for rensing av avløpsvann Noen begreper og definisjoner Valg av renseprosess Grunnlaget for planlegging og dimensjonering av kommunale renseanlegg Avløpsvannets sammensetning og dets innflytelse på valg av rensemetode Karakterisering av avløpsvann med tanke på valg og dimensjonering av renseprosess Dimensjonerende mengder 424

6 14.4 Forbehandling Rister og siler Sand- og fettfang Mekanisk rensing primærrensing Oppbygging av primærrenseanlegg Anlegg basert på sedimentering Anlegg basert på siling Kjemisk rensing Oversikt Fellingsmidler, koagulanter og flokkulanter Prosessmekanismer ved felling og koagulering Dosering, innblanding og styring av fellingskjemikalier Flokkulering og slamseparasjon Dimensjonering av kjemiske renseanlegg Erfaringer med kjemisk rensing (primær- og sekundærfelling) av avløpsvann Biologisk rensing Grunnlaget for biologisk rensing Sammenhengen mellom belastning og renseeffekt/ slamproduksjon Anlegg med suspendert bakteriekultur (aktivslamanlegg) Bioreaktoren (luftetanken) Sedimenteringstanken Nitrifikasjon i aktivslamanlegg Denitrifikasjon i aktivslamanlegg Dimensjonering av aktivslamanlegg Biologisk fosforfjerning i aktivslamanlegg Prosessutforminger av aktivslamanlegg Biodammer Anlegg med fastsittende bakteriekultur biofilmanlegg Biofilmer og biofilmanlegg Biorotoranlegg Rislefilteranlegg Dykkede biofiltre MBBR biofilmreaktorbasert bevegelig bærermateriale Hybrid aktivslam/biofilm-anlegg (IFAS-anlegg) Biologisk/kjemisk rensing Forfelling Simultanfelling Biofilmanlegg med felling (mellomfelling) Etterfelling Sluttseparasjon i biologisk/kjemiske anlegg Slambehandling Oversikt over slambehandlingsmetoder Bestemmelse av slamproduksjonen Stabilisering av slam Hygienisering av slam i kombinasjon med stabilisering Oppkonsentrering av slam Håndtering av septikslam Behandling av slamvann Små renseanlegg Spesielle problemstillinger ved små renseanlegg Valg av rensemetode for små avløpsrenseanlegg Prosessløsninger for små avløpsrenseanlegg Bygningsmessig utforming av små renseanlegg Rensing av overvann og overløpsvann 545 Kapittel 15 Resipienter og utslipp Innledning Resipienter Ferskvannsresipienter Sjøresipienter (saltvannsresipienter) Klassifisering av resipienter Krav til utslipp av avløpsvann Utslipp av avløpsvann Innledning Utslippsarrangementets utforming Avløpsvannets fortynning i resipienten Hydraulisk dimensjonering av utslippsledninger 563 Kapittel 16 Forvaltning, drift og vedlikehold av VA-anlegg Innledning Offentlige vann- og avløpstjenester Viktige utfordringer i tjenestetilbudet Samarbeid med andre tjenesteytende sektorer Hvem eier vann- og avløpsverkene i Norge? Statlig styring av VA-virksomheten Bakgrunn Vannforsyning Avløp 570

7 16.4 Kommunal styring av VA-virksomheten Kommunenes oppgaver og ansvar Kommunale planer Kommunalt samarbeid om VA-tjenestene VA-verk og kunde Abonnentvilkår Tilkopling til offentlige vann- og avløpsledninger Krav til levering av rent vann og til påslipp av avløpsvann Kostnadsdekning og gebyrer Regulering av vannstrømmer og prosesser i VA-anlegg Oversikt og allmenne krav Regulering av vanntrykk og vannstrømmer i et vannforsyningssystem Regulering av vannstrømmer i et avløpssystem Reguleringsteknikk og automatisering Drift og vedlikehold Definisjoner Funksjonskrav Eksempler på drifts- og vedlikeholdsoppgaver i vannforsyningen Eksempler på drifts- og vedlikeholdsoppgaver avløp Ledningskart og flerbruk av grunn EDB-basert planlegging og dokumentasjon av drift og vedlikehold Energiøkonomisering Beredskapsplaner og risikoanalyse Beregning av risiko etter ligningen R = K S Helse, miljø og sikkerhet Oversikt Risikoanalyser (HMS) eksempel for vannforsyning Risikoanalyser for HMS eksempel for avløp Kostnader og regnskapsregler Organisering, ledelse og opplæring Planlegging av fremtidige VA-anlegg - noen hovedregler Hovedinnsatsen i utbygging av fremtidige VA-anlegg i Norge Planlegging av små og/eller enkle anlegg Planlegging av store og/eller kompliserte anlegg 610 Kapittel 17 VA i spredt bebyggelse Generelt om vann og avløp i spredt bebyggelse Vannforbruk og forurensningsproduksjon i spredt bebyggelse Vannforbruk Forurensningsproduksjon Vannforsyning i spredt bebyggelse Valg av vannkilde Grunnvannsbrønner Vannforsyning basert på overflatevann i spredt bebyggelse Pumper og trykktanker Vannbehandlingsanlegg Avløpsanlegg i spredt bebyggelse Lover og forskrifter Forbehandling av avløpsvann i anlegg for spredt bebyggelse Renseprosesser i konstruerte infiltrasjons anlegg, sandfiltre og våtmarker Anlegg basert på infiltrasjon i stedlige løsmasser Anlegg basert på konstruerte sandfiltre, biofiltre og våtmarker Minirenseanlegg Kildeseparerende avløpssystemer Valg av renseløsning for anlegg i spredt bebyggelse Trykk- og vakuumavløp Trykkavløp med kvernepumpe Vakuumsystemer Planlegging og prosjektering av VA-anlegg i spredt bebyggelse Innhenting av grunnlagsdata Grunnundersøkelser for vurdering av infiltrasjonsmuligheter Valg av avløpssystem for spredt bebyggelse 647 Kapittel 18 Gjenbruk av avløpsvann og avsalting av havvann Ferskvannsituasjonen i verden Tilgjengeligheten av vann Befolkningsøkningen Urbaniseringen Strategier for å overvinne ferskvannskrisen Overføring av ferskvann fra kilder langt unna Oppsamling av regnvann (rainwater harvesting) Avsalting av havvann Gjenbruk av avløpsvann etter rensing Vanngjenvinning i desentrale systemer 658 Stikkordregister 660