Effekt av kloramindosering på biofilmdannelse i drikkevannsledninger

Transkript

1 Effekt av kloramindosering på biofilmdannelse i drikkevannsledninger Seniorforsker dr.ing. Lars J. Hem, SINTEF Vann og miljø

2 Samarbeid mellom VIV, Larvik kommune, UMB og SINTEF Masterstudenten Ahmad Saeid, Institutt for matematiske realfag og teknologi, har utført mye av det praktiske arbeidet

3 Innhold Hvorfor fokus på biofilmdannelse? Etablering av biofilm Klor og kloramin Beskrivelse av vannbehandling og prøvepunkter Vannkvalitet som følge av kloreringspraksis Biofilmdannelse som følge av kloreringspraksis

4 Hvorfor fokus på biofilmdannelse Overlevelse og vekst av patogene organismer Vannkvalitetsforringelse pga: Turbiditet Kimtall Mikrobielt indusert korrosjon (MIC)

5 Etablering av biofilmer I tillegg er det flere prosesser som bidrar til detachment/ avskalling av biofilm. Denne er gjerne intermittent.

6 Transport og reaksjon i biofilm og væskefilm

7 Biofilmer er ikke glatte og homogene

8 Klor og kloramin 1. Cl 2 + H 2 O HOCL + H + + Cl - (forskjøvet helt mot høyre når ph > 3) 2. HOCl H + + OCl - (forskjøvet helt mot høyre når ph > 8,5 og helt mot venst re når ph < 6,5) 3. NH HOCl NH 2 Cl + H 2 O + H + 4. NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O (forskjøvet helt mot høyre når ph < 5 og helt mot venst re når ph > 8,5) Ren kloramindosering: Ammoniakk doseres først og dernest klor, eller kloramin produseres i sidestrøm og doseres til vannet Klorering etterfulgt av kloramin: Ammoniakk doseres etter nødvendig reaksjonstid mellom klor og vann

9 Teori/effekt av kloramin Fordi kloramin er et svakere oksidasjonsmiddel enn klor trenger kloramin dypere inn i biofilmen enn det klor gjør Kloramin hindrer biofilmdannelse (men det doseres normalt vesentlig mer enn ved VIV) Hvorvidt kloramin kan fjerne biofilm er et spørsmål om tid og konsentrasjon (ved høye doser inaktiveres bakterier inne i biofilmen)

10

11 Vannbehandling Seierstad: Tilsetting av mikronisert marmor og karbondioksid for å øke vannets bufferevne og kalsiuminnhold, og for å oppnå optimal koagulerings-ph Koagulering med aluminium- sulfat, dosering av polymer, flokkulering og direktefiltrering i antrasitt/filtralite-sand Dosering av klor med en dose på 0,5 mg Cl 2 /l etterfulgt av 30 min kontakttid. Dernest doseres ammoniakk for kloramindannelse. Klor- ammoniakk forholdet er 4:1. Tilsetting av lut (NaOH) for å heve ph til 8,0 8,5. Gopledal: Koagulering med jernkloridsulfat og direktefiltrering i antrasitt/filtralite-sand Tilsetting av karbondioksid og filtrering gjennom marmorfilter Dosering av klor med en dose på 0,3 mg Cl 2 /l. Eidsfoss: Tilsetning av CO 2 og filtrering gjennom marmorfilter Dosering av klor med en dose på 0,5 mg Cl 2 /l etterfulgt av 30 min kontakttid UV-desinfeksjon Dernest doseres ammoniakk for kloramindannelse. Klor- ammoniakk forholdet er 4:1.

12 Vannbehandling Seierstad og Gopledal har sammenlignbar behandling, med unntak av kloreringspraksis Eidsfoss har ikke behov for fargefjerning, og rentvannet har noe høyere fargetall og TOCinnhold enn de andre anleggene Merk at klordosering normalt øker begroingspotensialet, og biofilmdannelsen etter at klor er forbrukt øker derfor med økende klordosering

13 Forsøksanlegg

14 Prøvepunkter Seierstad, vba og nett Gopledal, vba og nett Eidsfoss, vba og nett

15 Forsøks- og analyseprogram Uttak av biofilmkuponger/glassringer (3 paralleller) hver 14. dag i knapt et halvt år Biofilmen fjernes i ultralydbad, og analyseres med hensyn på ATP Restklor, totalt og fritt, ble målt hver 14. dag

16 Oppholdstid og restklor Oppholdstid etter dosering av klor (timer) Midlere total restklor (mg Cl 2 /l) Seierstad, vba 2 0,22 Rødbøl (Seierst. nett) 5 0,21 Gopledal, vba 1 0,12 Fagerli (Gopledal nett) 20 0,00 Eidsfoss, vba 0,5 0,20 Fossan (Eidsfoss nett) 16 0,12 Alle prøvepunktene ved Seierstad og Eidsfoss var etter ammoniakkdosering. Ved Seierstad er det tidligere målt samme restklor etter 5 og 9,5 timer. Ved Gopledal var fritt restklor 0,12 mg Cl 2 /l ved vba og 0,00 mg Cl 2 /l ved punktet på nettet

17 BFP (pg ATP/cm 2 ) Fagerli Gopledal Eidsfoss Fossan Seierstad Rødbøl Dager

18 Biofilmdannelse Maks. mengde biofilm BFP (pg ATP/cm 2 ) Maks dannelse av biofilm BFR (pg ATP/cm 2 *d) Seierstad Rødbøl Gopledal 60 2 Fagerli Eidsfoss 80 2 Fossan 370 9

19 Biofilmdannelse Biofilmdannelse i alle prøvepunktene viser at klorkonsentrasjonene ikke var høye nok til fullt ut å hindre biofilmdannelse Lavest biofilmdannelse ved Gopledal vba viser at tilstedeværelse av et effektivt desinfeksjonsmiddel inhiberer biofilmdannelsen. Når klor er forbrukt øker biofilmdannelsen. Med kloramindosering av Farrisvann behandlet med koagulering og direktefiltrering var biofilmdannelsen lavere på nettet enn med klor alene. Kloraminkonsentrasjonene var imidlertid for lave til å hindre biofilmdannelsen helt. Ved Seierstad var det ikke noe merkbart forbruk av kloramin fra vba til prøvepunktet på nettet, og biofilmdannelsen var den samme i de to punktene Ved Eidsfoss var det betydelig forbruk av kloramin fra vba til prøvepunktet på nettet, og biofilmdannelsen økte kraftig fra vba til prøvepunktet på nettet

20 Konklusjoner Fritt klor har større effekt på etablering av NY biofilm enn det kloramin har. Når fritt klor er forbrukt øker biofilmdannelsen. Dersom kloraminforbruket på nettet er lav opprettholdes kloraminkonsentrasjonen og den inhiberende effekten av kloramin på biofilmdannelsen Dersom kloraminforbruket på nettet er høyt øker biofilmdannelsen utover nettet

21 Forhold som bør avklares, om enn ikke nødvendigvis i full-skala Kloraminkonsentrasjonene var betydelig lavere enn de dosene som oppgis fra andre land. Vil direkte dosering av vesentlig større mengder kloramin gi en kraftigere inhibering av biofilmdannelsen? En optimalisering av NOM-fjerning vil trolig redusere både begroingspotensialet og klorforbruket. I hvor stor grad vil dette påvirke nødvendig kloramindosering for å inhibere biofilmdannelsen?