Erfaringer med ozon- biofilteranlegg for drikkevann

Transkript

1 Norsk Vanns FAGTREFF, Comfort Hotel Runway, Gardermoen, 4-5 Feb, 2014 P. Wang 82 Eikebrokk 1985 Erfaringer med ozon- biofilteranlegg for drikkevann Hvordan fungerer slike anlegg for ulike råvannskvaliteter, og hva med biostabiliteten i rentvannet? Resultater fra et Norsk Vann prosjekt Bjørnar Eikebrokk, SINTEF Teknologi for et bedre samfunn 1

2 Hovedmål med Norsk Vanns OBF- prosjekt ü Å samle inn og formidle erfaringer med denne vannbehandlings- metoden: hovedfokus på prosessmessige forhold ü Å "diagnostsere" vann og vannbehandling: råvann, ozonert vann, biofiltrert vann, rentvann og neuvann også med utradisjonelle verktøy som NOM- fraksjonering, BDOC og ATP- analyser ü Å undersøke sammenhenger mellom råvannskvalitet, dri[s- forhold og oppnådd vannkvalitet, herunder biologisk stabilitet og vekst- potensial/kimtall ü Å bidra Tl økt forståelse av OBF- prosessen, bedre dimensjonering og dri[ samt hindre at feil gjentas. Teknologi for et bedre samfunn 2

3 xxx Hovedkapitler 2014 Erfaringer med ozon- biofilteranlegg for drikkevann Forord Sammendrag (norsk og engelsk) Bakgrunn og mål Prosjektopplegg og gjennomføring Ozon-biofilteranlegg i et nøtteskall Analyser og resultater Erfaringer fra anleggene Diskusjon av resultatene Oppsummering og konklusjoner Referanser Ferdig vår 2014 Teknologi for et bedre samfunn 3 3

4 Oppbygging av Ozon Biofilter (OBF) anlegg Lu[/Oksygen Ozon- produksjon Ozon- destruksjon Råvann Inn blanding Ozon kontakt kammer Marmor filter Bio filter UV- desinfeksjon Klor Vannglass Klor Kontakt basseng Renvann Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Om prosjektgjennomføringen ü 12 deltagende vannverk ü Besøksrunde på 5 anlegg i 2012 (KOG+BE) ü Vannprøvetaking og analyse fra 9 anlegg i 2012 ü Data for resterende anlegg er hentet fra Pdligere prøverunder ( ) ü Analyser av rupneparametere inkl kimtall, men også av NOM- fraksjoner, BDOC, ATP og metaller ü Databearbeidelse, vurderinger, dialog via tlf/mail, møter, rapportering og resultazormidling Teknologi for et bedre samfunn 5

6 Basisdata for deltagende vannverk (1) Oppstartsår, størrelse, dimensjonering, ozondose Vannverk Kommune I drift Besøk Vannprøver Q DIM EBCT (min) Ozondose 2012 NOM/BDOC m 3 /t DIM EBCT 1) mg/l 1) ALVHEIM Øygarden 2009 Nei 2010/ (5-8) AUSTEVOLL Austevoll 2006 Nei 2009/ (8-10) BRATTVÅG Haram 2011 Nei ,0 BØNSNES Hole 2012 Ja ,5 HAUS Osterøy 2009 Nei ,6 KØRELEN Sund 2005 Nei 2008/ ,2 NES Ringsaker 2011 Ja ,5 (2-3) STEINSVIKA Skien 2010 Ja 2011/ ,5 (1,25-2) STENGVATN Fauske 2007 Nei ,0 TYRISTRAND Ringerike 2008 Ja ,5 ULEFOSS Nome 2007 Ja ,7 (2-3) VALNESFJORD Fauske 2012 Nei ,0 1) Stipulert ved tidspunkt for NOM/BDOC- prøvetaking Teknologi for et bedre samfunn 6 6

7 Basisdata for deltagende vannverk (2) Kjemikaliebruk, biofiltermateriale, spyling og forfiltrering Vannverk Kommune Klor Vann- Biofilter Spylefrekv. Alkalisk mg/l glass materialer døgn forfilter ALVHEIM Øygarden Ja Bare aktivkull (AC) 10 Nei AUSTEVOLL Austevoll Nei Nei 1.6 m AC m Phonolit- 1 m filterkalk 15 Nei BRATTVÅG Haram Ja Bare aktivkull (AC) Nei BØNSNES Hole Ja AC og Filtralite 28 Nei HAUS Osterøy Ja Ja Bare aktivkull (AC) Nei KØRELEN Sund Ja 1.6 m AC m Phonolit- 0.5 m filterkalk 22 Nei NES Ringsaker Nei Ja AC (1 m) og Filtralite 30 Nei STEINSVIKA Skien Nei Filtralite 15 Ja STENGVATN Fauske Nei Nei Bare aktivkull (AC) 50 Nei TYRISTRAND Ringerike 0.3 Ja AC og sand 8 Nei ULEFOSS Nome 0,4-0,5 Ja Bare aktivkull (AC) 42 Nei VALNESFJORD Fauske Nei Nei Bare aktivkull (AC) 30 Nei Teknologi for et bedre samfunn 7 7

8 Litt om de anvendte diagnoseverktøy NOM-fraksjonering, biologisk vekstpotensial (BDOC), ATP Grunntanken bak OBF: Ozoneringen skal gjøre NOM nedbrytbar slik at den kan dernes i et BF Teknologi for et bedre samfunn 8 8

9 Hurtigfraksjonering av NOM (DOC) Tot-DOC "spaltes" i 4 fraksjoner: 1. VHA Very Hydrophobic Acid 2. SHA - Slightly Hydrophobic Acid 3. CHA Charged hydrophilics 4. NEU Neutral hydrophilics à VHA og SHA: Typiske humusforbindelser, godt koagulerbar DOC à CHA og NEU: Mer algerelatert, lavmolekylær og bionedbrytbar DOC Teknologi for et bedre samfunn 9

10 BDOC- kolonner i serie EBCT = 1.5 t Out 7 stk DOC- analyser gir mye info: DOC Sample in ü Bionedbrytbar DOC: BDOC Tot = DOC in - DOC out ü Nedbrytningsforløp/kinePkk (kurve over DOC mot Pd, 0-9 Pmer) ü Om BDOC- verdien er endelig/nedbrytningen fullstendig (har kurven flatet ut?) Teknologi for et bedre samfunn 10

11 BDOC-analyser 6-kolonner-i-serie, med DOCmåling på innløpet, og på utløpet fra hver kolonne Teknologi for et bedre samfunn 11

12 Diagnoseverktøy - ATP Adenosin- trifosfat (ATP): energibæreren i levende celler Total ATP = Intracellulær ATP + Extracellulær ATP Kimtall: < 1 % av totalt antall bakterier er dyrkbare: Kan ATP være et alternapv? - 5 à 6.9± pg ATP/bakteriecelle (Siebel et al. 2008) Teknologi for et bedre samfunn 12

13 Resultatformidling i prosjektet ü ü ü ü Rådata fra analyser av NOM-fraksjoner, BDOC, ATP og metaller, inkl. evt kommentarer fra lab, prøvesteder, -datoer, etc Sendt til det aktuelle vannverket Oppsummerende resultater og kommentarer til disse Sendt til det aktuelle vannverket Rapportutkast med samlede oversikter, erfaringer fra anleggene, diskusjoner og konklusjoner, med mer Sendt til alle Prosjektmøter, kurs, seminarer, etc i regi av Norsk Vann Teknologi for et bedre samfunn 13 13

14 Eksempel: Rådata til enkeltvannverk - Oversikt Teknologi for et bedre samfunn 14 14

15 Eks: Oppsummerende resultater til hvert vv Teknologi for et bedre samfunn 15 15

16 UTVALGTE DATA & RESULTATER Teknologi for et bedre samfunn 16

17 Ozondosen kan være vanskelig å måle Kan den beregnes ut fra målt reduksjon i farge? Ødegaard et al Teknologi for et bedre samfunn 17 17

18 Beregning av ozondoser ut fra målt fargereduksjon Vannverk Farge (mg Pt/L) Beregnet O 3 -dose Målt O 3 -dose Råvann Ozonert C/C 0 D/C 0 mg/l mg/l mgo 3 /mgpt Alvheim ,18 0,23 7,9 8,0 Alvheim ,24 0,16 6,4 5,3 Austevoll ,20 0,20 10, Brattvåg ,18 0,24 4,7 3,0 Haus ,19 0,22 3,5 3,6 Hole ,39 0,08 1,4 2,5 Nes ,36 0,09 1,0 2,5 Skien ,52 0,05 0,6 1,3 Skien ,43 0,07 0,9 1,3 Skien ,47 0,06 1,1 1,8 Stengvatn ,23 0,17 2,2 4, Sund ,15 0,28 5,7 4,2 Tyristrand ,36 0,09 2,5 3, Ulefoss ,40 0,08 1,1 2,7 Valnesfj ,34 0,10 2,8 4,0 Teknologi for et bedre samfunn 18 18

19 Beregnede og målte ozondoser Teknologi for et bedre samfunn 19 19

20 Ozondose (mg O 3 /L) Absolutte og spesifikke ozondoser 2,5 Spesifikk Ozondose (mg O 3 /mg TOC) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Teknologi for et bedre samfunn 20 20

21 Vannverk Råvannskvalitet Sortert etter økende UV-abs Vannprøver Råvannskvalitet 1) NOM/BDOC ph Turb Farge UV- abs DOC BDOC ATP 2) STENGVATN 3) ,5 0,2 13 7,3 1,9 0,15 41 NES ,2 6,9 11 7,5 2,1 0,04 66 ULEFOSS ,5 0,3 15 9,9 2,4 0,09 34 HAUS ,6 0, ,5 2,1 0,12 64 BRATTVÅG ,8 0, ,7 2,4 0,08 KØRELEN 6) 2008/09 6,0 0, ,5 2,7 0,00 31 STEINSVIKA 5) 2011/12 7, ,2 2,9 0,02 VALNESFJORD 3) ,9 0, ,8 3,1 0,11 48 TYRISTRAND ,0 0, ,8 5,0 0,14 20 HOLE ,3 0, ,1 3,2 0,09 30 ALVHEIM 7) 2010/11 7, ,6 5,9 0,10 AUSTEVOLL 3,4) 2009/ ,7 6,7 0, ) Ved tidspunkt for NOM/BDOC- prøvetaking, 2) Mikrobiell ATP i nmol/l*1000, 3) Rentvannskvalite 4) Tall fra des 2010, 5) Tall fra jan 2012, 6) Tall fra apr og mai 2008, 7) Tall fra okt 2011 Teknologi for et bedre samfunn 21 21

22 Kvalitet på rentvann og nettvann Vannverk Vannprøver NOM/BDOC ph Turb Farge UV- abs DOC BDOC ATP 2) DOC BDOC ATP 2) Kimtall 8) STENGVATN 3) ,1 0,2 4 2,5 1,4 0, ,3 0, NES ,1 0,5 5 3,6 1,7 0,14 2 1,6 0, /20 ULEFOSS ,3 0,2 5 4,4 2,1 0, ,9 0, /223 HAUS ,4 0,2 4 3,3 1,3 0,28 5 1,3 0, >250 9) BRATTVÅG ,3 7 4,6 1,7 0,31 1,6 0,26 216/198 KØRELEN 6) 2008/09 6,2 0,2 7 4,7 2,3 0,31 5 2,2 0, /312/103/353 STEINSVIKA 5) 2011/12 7 5,7 2,5 0,31 51/98 VALNESFJORD 3) ,7 0,3 1 0,7 0,4 0,21 0 9,2 0, TYRISTRAND ,6 0,2 10 8,1 3,9 0, ,2 0,43 1 HOLE ,4 0,2 7 9,1 2,8 0,42 2 2,5 0, /146 ALVHEIM 7) 2010/ ,9 4,3 0,55 4,1 0,49 290/262 AUSTEVOLL 4) 2009/ ,5 5,3 0, ,6 0, /152/51/127/159/164 1) Ved tidspunkt for NOM/BDOC- prøvetaking, 2) Mikrobiell ATP i nmol/l*1000, 3) Rentvann = Ut UV, 4) Nov 2009/Des 2010, 5) Jan ) Apr/mai 2008, 7) Okt 2011, 8) Årsmiddel for angitt prøveår (flere prøvepunkter), 9) Rentvann Rentvannskvalitet 1) Nettvann 1) Teknologi for et bedre samfunn 22 22

23 Fargetall (mg Pt/L): Rentvann sortert etter økende verdi (Ut UV der ut RB mangler) Ny AC à effekpv NOM adsorpsjon i noen uker Teknologi for et bedre samfunn 23 23

24 DOC (mg/l): Rentvann sortert etter økende verdi (Ut UV der ut RB mangler) Teknologi for et bedre samfunn 24 24

25 BDOC (mg/l): Rentvann sortert etter økende verdi (Ut UV der Ut RB mangler) Teknologi for et bedre samfunn 25 25

26 BDOC (mg/l) i Ozonert vann sortert etter økende verdier Høy råvannsfarge! Høyt ozonbehov! Høy BDOC Teknologi for et bedre samfunn 26 26

27 CHA+NEU (mg/l) i Ozonert vann sortert etter økende verdier Teknologi for et bedre samfunn 27 27

28 Hva skjer med NOM i ozoneringstrinnet? Lab-forsøk med råvann fra Brattvåg Vassverk 2010 Prøve 4: Høy ph (8) VHA overføres Tl CHA Teknologi for et bedre samfunn 28 28

29 Hva skjer med BDOC i ozoneringstrinnet? Lab-forsøk med råvann fra Brattvåg Vassverk 2010 Ozon overfører VHA Tl CHA! økt BDOC VHA et mulig mål for ozonbehov: Avtagende effekt når nær all VHA er overført? Teknologi for et bedre samfunn 29 29

30 God korrelasjon mellom BDOC og CHA+NEU Alle vannverk/prøvepunkter R 2 < 0.03 for BDOC mot (VHA+SHA) Teknologi for et bedre samfunn 30 30

31 Andel (%) av tilført BDOC som fjernes i BF sortert etter økende nivåer Teknologi for et bedre samfunn 31 31

32 Totale endringer fra råvann til rentvann BDOC og CHA+NEU sortert etter økende nivå ProsessgaranPer om ingen endring oppfylles ikke Teknologi for et bedre samfunn 32 32

33 Resultater - BDOC belastning på BF BDOC (mg/l) 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 Ut Oz - Inn BF ü Svært ulik BDOC- belastning på BF ü Men dimensjoneringen er lik på alle vv (20-30 min EBCT)! Ønsket BDOC kan ikke oppnås på alle vv Max BDOC- nivå på neuet? 0,4 0,2 0,0 Teknologi for et bedre samfunn 33 33

34 Resultater - BDOC inn og ut av BF 1,6 Ut Oz - Inn BF Ut BF 1,4 1,2 ü Svært ulik BDOC- belastning på BF ü Men lik dimensjonering på alle vv (20-30 min EBCT)! Ønsket BDOC oppnås ikke på vv med høy BDOC inn på BF BDOC (mg/l) 1,0 0,8 0,6 Max BDOC- nivå på neuet 0,4 0,2 0,0 Teknologi for et bedre samfunn 34 34

35 Kode: < >250/300 Vannverk Kim/mL (22 C, 3 d) 1) Prøveår Avg Min Max 50- perc 75- perc 90- perc STENGVATN- Nett NES- Rent > NES- Nett > NES - Nett ULEFOSS- Rent ULEFOSS- Nett ULEFOSS- Nett HAUS- Rent >250 > >250 BRATTVÅG- Rent > >300 BRATTVÅG- Nett >300 > >300 BRATTVÅG- Nett >300 > >300 KØRELEN 08 - Nett KØRELEN 08 - Nett KØRELEN 09 - Nett KØRELEN 09 - Nett STEINSVIKA 11- Rent STEINSVIKA 11- Nett STEINSVIKA 12- Rent STEINSVIKA 12- Nett VALNESFJORD- Nett > HOLE- Rent > >300 HOLE- Nett > >300 HOLE- Nett > >300 ALVHEIM 11- Rent >300 > >300 ALVHEIM 11- Nett >300 > >300 ALVHEIM 12- Rent > ALVHEIM 12- Nett >300 > >300 AUSTEVOLL 09 - Rent > AUSTEVOLL 09 - Nett > >300 AUSTEVOLL 09 - Nett > >300 AUSTEVOLL 09 - Nett AUSTEVOLL 10 - Rent AUSTEVOLL 10 - Nett > >300 AUSTEVOLL 10 - Nett > >300 AUSTEVOLL 10 - Nett > >300 Kimtall i Rentvann og Nettvann (i angitt prøveår) Teknologi for et bedre samfunn 35

36 Kimtall i Rentvann og Nettvann (i 2012 eller angitt år) Avg 75- percentil Kimtall/mL (22 C) STENGVATN- Nett NES- Rent NES- Nett 1 NES - Nett 2 ULEFOSS- Rent ULEFOSS- Nett 1 ULEFOSS- Nett 2 HAUS- Rent BRATTVÅG- Rent BRATTVÅG- Nett 1 BRATTVÅG- Nett 2 KØRELEN 08 - Nett 1 KØRELEN 08 - Nett 2 KØRELEN 09 - Nett 1 KØRELEN 09 - Nett 2 STEINSVIKA 11- Rent STEINSVIKA 11- Nett STEINSVIKA 12- Rent STEINSVIKA 12- Nett VALNESFJORD- Nett HOLE- Rent HOLE- Nett 1 HOLE- Nett 2 ALVHEIM 11- Rent ALVHEIM 11- Nett ALVHEIM 12- Rent ALVHEIM 12- Nett AUSTEVOLL 09 - Rent AUSTEVOLL 09 - Nett 1 AUSTEVOLL 09 - Nett 2 AUSTEVOLL 09 - Nett 3 AUSTEVOLL 10 - Rent AUSTEVOLL 10 - Nett 1 AUSTEVOLL 10 - Nett 2 AUSTEVOLL 10 - Nett 3 Teknologi for et bedre samfunn 36

37 Vannverk med annen type vannbehandling Kimtall: Snitt av årlige 90-persentiler i nettvann; (Skaret 2014) Teknologi for et bedre samfunn 37

38 OBF med eller uten alkalisk forfilter? Mye NOM/DOC dernes ved adsorpsjon Tl metall (Fe) som feller ut ved gunstge ph- forhold i den alkaliske filtersengen Net O 3 NaOCl CO 2 Steinsvika Vannverk, Skien Lake Norsjø O 3 contact - CaCO 3 filter - Biofilter CW tank - UV - NaOCl Teknologi for et bedre samfunn 38

39 Resultater Steinsvika vannverk Fjernede fraksjoner (%) av Fe, Farge og TOC i alk forfilter og biofilter Middeltall for aug-des 2011 Alkalisk filter Biofilter Totalt Teknologi for et bedre samfunn 39 39

40 OPPSUMMERING OG KONKLUSJONER (1) 1. Anleggseierne er med få unntak godt fornøyde med sine OBF- anlegg 2. Men 9 av de totalt 12 undersøkte anlegg (75 %) har kimtall som jevnlig overspger 100 pr. ml på deler av neoet à HoveduZordringen med OBF 3. Anvendte ozondoser på de undersøkte vannverk varierer fra 1.5 Pl 8-9 mg/l, med spesifikke ozondoser i området mg O 3 /mg TOC (styrt av ønske om lav UV- T; MT krav Pl restozon: 0.2/5 mg/l eoer 10 min) 4. Ozoneringen overfører biologisk lite nedbrytbare NOM (humus- fraksjoner) (VHA +SHA) Pl mer biologisk nedbrytbare, mer lavmolekylære og hydrofile NOM- fraksjoner (CHA+NEU) à Høy ozondose gir høy BDOC à høy BF- belastning 5. God kontroll med ozondosen er vikpg for å minimalisere dannelsen av hydrofil NOM (særlig CHA) og BDOC à Vannverkene søker å redusere ozondosen 6. Høy råvannsfarge seoer anleggene i skvis mellom ønske/krav om nok ozon Pl å gi Plstrekkelig lav farge (< 10 mg Pt/L) og høy UV- transmisjon på den ene siden, og ønske/krav om en så lav ozondose som mulig for å begrense BDOC- belastningen på biofilteret og derfor oppnå lav BDOC i rentvannet på den andre siden Teknologi for et bedre samfunn 40

41 OPPSUMMERING OG KONKLUSJONER (2) 8. Biofiltertrinnet i de undersøkte OBF- anlegg evner ikke å bryte ned hydrofil NOM og BDOC i Plstrekkelig grad Pl å unngå høyt biologisk vekstpotensial i behandlet vann. Alle de undersøkte vannverk (100 %) har et rentvann der BDOC- verdien er høyere enn i råvannet, og 8 av 12 vannverk (67 %) benyoer derfor klor for å holde kimtallet under kontroll 9. BDOC- verdien synker normalt utover i neoet, noe som tyder på biologisk omsetning og/eller adsorpsjon Pl metallbelegg 10. Flere anlegg har uzordringer med hensyn Pl måling av restozon og ozondose. Flere anlegg synes, særlig i de Pdlige drissfaser eoer oppstart av anlegget, å ha anvendt alt for høye ozondoser 11. Dagens praksis for dimensjonering av biofiltre med en generell tommeltooregel for oppholdspd (EBCT) uavhengig av BDOC- belastningen på biofilteret bør revideres - for bedre å ta hensyn Pl den fakpske belastningen på biofilteret og ønsket konsentrasjons- nivå ut på neoet Teknologi for et bedre samfunn 41

42 Take home messages 1. OBF kan være en god metode for norske forhold men bør anvendes med forsikpghet dersom råvannsfargen er høy (> 25-30) og/eller har en økende tendens. OBF uerner heller ikke turbiditet i særlig grad 2. Overdoser ikke ozon da skapes store mengder BOM som belaster biofilteret unødig - og gir kimtallsproblemer på neoet 3. Vurder alternapve former for styring av ozondose for eksempel on- line UV- spektrometre 4. Et alkalisk forfilter eoer ozoneringstrinnet stabiliserer vannkvaliteten, uerner metaller og adsorberer BOM og mikroorgansimer - og leoer derved BOM- belastningen på biofilteret 5. Søk å oppnå en BDOC på 0.2 mg/l eller lavere i behandlet vann 6. Kriteriene for biofilterdimensjonering er overmodne for revisjon: Vanskelig å oppnå et biostabilt utløpsvann ved en generell dimensjonering for 20 min EBCT uanseo BOM/BDOC- nivå i ozonert vann.. 7. Ikke glem HMS: Ozon er en svært gisig gass Ta de nødvendige forholdsregler! Teknologi for et bedre samfunn 42