Norsk vann- og avløpssektor Kapittel 1 Introduksjon om VA-teknikk

Transkript

1

2 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 Norsk vannforsyning 19 Avløpshåndtering 20 Ledningsnettet 20 Kostnader og gebyrer 20 Samfunnskritisk infrastruktur 21 Hygiene 21 Næringslivet 21 Forurensning 21 Svikt 21 Myndighetsansvar 22 Kunder 22 Boligeiere 22 Næringskunder 22 Vannmåler 23 Kundeservice og konkurranse 23 Kvalitet 23 Omdømme og rekruttering 23 Forvaltning av vannressursene 24 Mye vann i Norge 24 Allmenn vannforsyning 24 Vannregioner 24 Overordnet planlegging 25 Vann og avløp i kommuneplanen 25 Hovedplaner 26 Klimatilpasning og flomskader 26 Rammebetingelser 26 Omfattende regelverk 27 Noen sentrale lover og forskrifter 27 Krav til drikkevann 28 Krav til utslipp av avløpsvann 28 Finansiering 28 Energi og klima 29 Energieffektivisering 29 Energiproduksjon 29 Klimatilpasning 30 Klimautslipp 31 Norge skiller seg ut i Norden 31 Mer samarbeid 31 Kompetanse 32 Kompetanseutfordringer 32 Muligheter 32 Utdanning 33 Forskning og utvikling (FoU) 33 Kapittel 1 Introduksjon om VA-teknikk Vannkilden med vanninntak Vannbehandlingsanlegget Transportsystemet for drikkevann Utjevningsmagasin/høydebasseng Vannledningsnettet Avløpsnettet Avløpsrenseanleggene Utslippsarrangementet 50 Referanser 51

3 Kapittel 2 VA-hydrologi Innledning Om vannressursene på jorda og i Norge Overflatevann Grunnvann Vann i fjorder, på kysten og i havet Menneskelige inngrep i naturlige vannforekomster Klima, klimasoner og klimaendringer Urbanhydrologi De hydrologiske prosessene Sammenhengen mellom nedbør og overflateavrenning Avrenningssituasjoner Nedbøren i Norge nedbørtyper og nedbørfordeling Nedbør- og avrenningsmålinger Nedbørmålinger Avrenningsmålinger Målerenner og målekanaler for vannføringsmålinger Måling av temperatur Måling av snømagasin Grunnvann markvann Datainnsamling Magasinering og regulering av vannressursene Generelt om magasinering og regulering Magasinkurver og reguleringskurver Magasinberegning ved bruk av reguleringskurver Magasinberegning ved bruk av hydrologiske modeller 77 Referanser 79 Kapittel 3 VA-hydraulikk Introduksjon Noen grunnleggende fysiske begreper Vanntrykk Spesifikk vekt Hydrostatikk Trykk på en flate under vann Trykkrefter i rørbend Rørstrømning Kontinuitetsligningen 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 98 Referanser 99 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 118 Kapittel 5 Vannkvalitet og vannforurensning Innledning Noen vanlig brukte kjemiske og sensoriske parametre ph, alkalitet og aciditet Ledningsevne, saltinnhold Temperatur Oppløst oksygen 122

4 5.2.5 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 149 Referanser 149 Kapittel 6 Oppbygging av vannverk Innledning Vannverkets byggeklosser Oversikt Vannkilden med vanninntak Vannbehandlingsanlegget Overføringsanlegg og fordelingsanlegg Driftssikkerhet og utforming av vannverket Risiko for svikt i vannforsyningen Anleggsutforming og driftssikkerhet Viktige funksjonskrav for dimensjonering 159 Referanser 159 Kapittel 7 Vannkilder og vanninntak Vannkilder Karakteristiske forhold ved norske vannkilder Store, dype, lite påvirkede innsjøer Humuspåvirkede vannkilder Eutrofierte innsjøer Elver og bekker Grunnvann Vann fra anlegg basert på kunstig grunnvannsinfiltrasjon Kilder/oppkommer Valg av vannkilde Vanninntak Inntak i innsjøer Inntak i elver Grunnvannsinntak 173 Referanser 175 Kapittel 8 Vannbehov og vannforbruk Generelt om vannbehov, vannforbruk og vannproduksjon Forbruk i husholdninger Annet forbruk Forbruk i «våt» industri 178

5 8.1.4 Tap via lekkasjer Variasjoner i forbruket og forbruksberegninger Forbruksvariasjoner Beregning av vannforbruk Vann til brannslukning Dimensjonerende forbruk i vannbehovsanalyser 183 Referanser 183 Kapittel 9 Behandling av forsyningsvann (drikkevann) Introduksjon om behovet for behandling av drikkevann Inaktivering av mikroorganismer (desinfeksjon) Mikroorganismer som ønskes inaktivert ved 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 262 Referanser 265 Kapittel 10 Distribusjon av forsyningsvann Transport fra kilde til tettsted Generelt Krav til trykkforhold, utfordringer og dimensjonerende driftssituasjoner med pumping og/eller gravitasjon 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 291

6 Trykksoner og trykknivåer i nettet Planlegging for brannvannsuttak Utstyr og elementer i distribusjonsnettet Kummer Lufteventil Tømmeventil Tilbakeslagsventil Trykkreduksjonsventil Sikkerhetsventil Stengeventil Brannventiler Rørbruddsventil Vannmålere Trykkmålere Pass-stykker Påkobling av stikkledninger under trykk (anboring) Analyse av vannledningsnett Generelt Det matematiske beregningsgrunnlaget Arbeidsgang for en nettanalyse Målekampanjer, kalibreringer og verifiseringer Ledningsnettanalyser i praksis 306 Referanser EDB-basert planlegging og dokumentasjon av drift og vedlikehold Energiøkonomisering Beredskapsplan Helse, miljø og sikkerhet Kostnader og regnskapsregler Organisering, ledelse og opplæring 327 Referanser 327 Kapittel 12 Oppbygging av avløpsverk Innledning litt historikk Avløpsverkets byggeklosser Oversikt Avløpsnett etter separatsystemet Avløpsnett etter fellessystemet Overføringsanlegg og avskjærende avløpsanlegg Avløpspumpestasjoner og pumpeledninger Avløpsrenseanlegg og utslippsanlegg Driftssikkerhet og utforming av avløpsanlegg Risiko for svikt i avløpstjenesten Anleggsutforming og driftssikkerhet Ansvar for driftsforstyrrelser på avløpsnettet 339 Referanser 339 Kapittel 11 Forvaltning, drift og vedlikehold av vannverk Innledning Vannverk og kunde Statlig styring av vannforsyningen Internkontroll for drikkevannsforskriften Kommunens styring av kommunal vannforsyning Regulering av vanntrykk og vannstrømmer i et vannforsyningssystem Drift og vedlikehold Definisjoner Funksjonskrav til vannforsyningsanlegg Eksempler på drifts- og vedlikeholdsoppgaver i et vannforsyningsanlegg Ledningskart og flerbruk av grunn 324 Kapittel 13 Avløpsvannets mengde og sammensetning Definisjoner Spillvann fra husholdninger, institusjoner og arbeidsplasser (sanitært avløpsvann) (Q s ) Industrielt avløpsvann (Q ind ) Infiltrasjons- og innlekkingsvann (fremmedvann) (Q i ) Overslagsberegning av mengde infiltrasjons- og innlekkingsvann Overvann (Q o ) Overløpsvann (Q ov ) Kommunalt avløp 347 Referanser 351

7 Kapittel 14 Oppsamling og transport av avløpsvann og overvann 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 Den rasjonelle metoden bruk av den rasjonelle formel Summasjonskurvemetoden 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 overløp Vannmengderegulatorer Fordrøyningsanlegg Innledning Typer av fordrøyningsmagasin Funksjon og beregning av fordrøyningsmagasin Pumpesystemer i avløpsnettet Innledning Plassering og funksjonskrav av pumpesystemer Pumpetyper Nødvendig pumpeinformasjon Pumpestasjoner Dimensjonering og valg av pumper Pumpeledningen Energiforbruk og effektbehov ved pumping Spesielle pumpesystemer Planlegging og prosjektering av pumpesystemer Planlegging og prosjektering av avløpssystemer Innledning Plannivå 407 Referanser 409 Kapittel 15 Overvann Strategier for overvannshåndtering 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 430 Referanser 435 Kapittel 16 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 452

8 Ytre last på avløpsledninger Dimensjonering av trykkledninger Motfall på avløpsledninger Tilstandskontroll Vannledninger Avløpsledninger Fornyelse av ledningsnett Levetid for vann og avløpsnett Fornyelsesplanlegging Renovering og rehabilitering av ledningsanlegg Innvendig påføring av plastbelegg Inntrekking og utblokking Polyesterstrømpe 466 Vedlegg: Standarder for ledningsanlegg 467 Referanser 468 Kapittel 17 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 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) Aktivslamanlegg for sekundærrensing (fjerning av organisk stoff) Nitrifikasjon i aktivslamanlegg Denitrifikasjon i aktivslamanlegg Biologisk fosforfjerning i aktivslamanlegg Slamseparasjon i aktivslamanlegg Dimensjonering av aktivslamanlegg basert på Norsk Vanns dimensjoneringsveiledning 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 583

9 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 613 Referanser 614 Kapittel 18 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 631 Referanser 633 Kapittel 19 Forvaltning, drift og vedlikehold av avløpsanlegg Innledning Offentlige avløpstjenester Typer av avløpsvann og påslipp til offentlig avløpsnett Typer av avløpsvann Tilkobling til offentlig avløpsledning Gebyrer for avløpstjenestene Statlig styring av avløpsvirksomheten Kommunens styring av kommunal avløpsvirksomhet Regulering av vannstrømmer i et avløpssystem Drift og vedlikehold Definisjoner Funksjonskrav til avløpsanlegg Eksempler på drifts- og vedlikeholdsoppgaver i et avløpsanlegg Helse, miljø og sikkerhet Kostnader og regnskapsregler 650 Referanser 651 Kapittel 20 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 687 Referanser 688

10 Kapittel 21 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 698 Referanser 699