Driftserfaringer fra større UV-anlegg. Bjørnar Eikebrokk, SINTEF

Transkript

1 Norsk Vannforenings Juleseminar, 12 desember 2007 Thon Hotell Bristol, Oslo Driftserfaringer fra større UV-anlegg Foreløpige resultater fra et NORVAR/Svenskt Vatten-prosjekt Bjørnar Eikebrokk, SINTEF Bjørnar Eikebrokk, Sjefsforsker, dr. SINTEF Byggforsk Avd Infrastruktur Vann & Miljø 1

2 Status for UV-desinfeksjon Ca. 800 vannverk har UV desinfeksjon (VREG) i Norge Disse anleggene forsyner ca. 0.9 mill. personer Før primært på de små nå også UV på de store vannverk Sterk økning i antall UV-anlegg de siste årene Hovedårsak til den økende interessen for UV: Effektiv inaktivering av parasitter (i motsetning til klor) Dokumenterte barrieresvikt i mange vannkilder også i store innsjøer med dypvannsinntak 2004: Helsinki hadde verdens største UV-anlegg: m 3 /t 2007: New York ( m 3 /t),seattle ( m 3 /t), Rotterdam ( m 3 /t) 2008: Oslo (Oset): m 3 /t 2

3 Drikkevannsforskriftens 14 (2002) For å sikre hygienisk betryggende drikkevann, skal eier av godkjenningspliktig vannverk gjennom valg av vannkilde(r), beskyttelse av denne (disse) og etablering av vannbehandling sørge for at det til sammen finnes minimum 2 hygieniske barrierer i vannforsyningssystemet. En av disse skal sørge for at drikkevann blir desinfisert eller behandlet på annen måte for å fjerne, uskadeliggjøre eller drepe smittestoffer. 3

4 Krav til vannbehandling/uv-desinfeksjon som hygienisk barriere Bakterier og virus minimum 3 log fjerning/inaktivering (99,9%) Parasitter minimum 2 log fjerning/inaktivering (99%) gjelder også bakterier i sporeform? Indikatorverdi (DVFs Veileder) > 40 mj/cm 2 - basert på biodosimetertest 4

5 Dosekrav for 1-4 log reduksjon av ulike typer mikroorganismer (Heijnen, 2006) Norge : 40 mj/cm 2 Dosekravet ok, hva med 1. Dimensjonering etter råvannskvalitet 2. Uavhengighet mellom barrierene Lite realistisk? 5

6 VREG: Hvordan fungerer desinfeksjonsanleggene i praksis? V.Lund, 2007 Gj.sn. for v.v.med tilfredsstillende bakt. kvalitet Gj.sn. for utilfredsstillende v.v. (# Pers.) (# Pers.) Membranfilter Kjemisk felling + klor eller UV Klorering UV bestråling Ant. tilfreds vannverk Ant.utilfreds vannverk % utilfreds. vannv. 5,4 4,0 11,8 11,2 Utilfredsstillende vannverk vannverk = Funn av E. coli i flere enn 5% av prøvene 6

7 NORVARS UV-PROSJEKT Finansiert av NORVAR og Svensk Vatten Rapport i juni med to hovedfokuseringer Del A: Veiledning - grunnlagsdata, dimensjonering og drift Del B: Erfaringer (Norge, Sverige, Finland, Canada, USA ) NORVARs PL: Christen Ræstad Utførende institusjon/rådgiver: SINTEF SINTEFs PL: Bjørnar Eikebrokk 7

8 Hvorfor trenger vi dette prosjektet? Det synes ofte å være vesentlige mangler hva gjelder grunnlagsdata, dimensjonering og ikke minst drift og vedlikehold av UV anlegg Prosjektet søker å bidra til forbedringer på disse feltene! Flere land synes å ha likeartede erfaringer Viktig å utnytte og lære av eksisterende erfaringer både på godt og vondt Alle skal ha UV, men UV løser ikke alle problemer! Viktig også å synliggjøre samspillet/avhengigheten mellom UV og andre vannbehandlingstrinn Glem ikke driftsoptimaliseringen! 8

9 Sentrale komponenter i UV-ANLEGG Målt UV-I (UV-sensor) UV-dosen må beregnes og angis (PLS/SCADA) Q-måler 9

10 Typer og utforming av LP og MP-lamper 40 C, 0.5 W/cm; t C, W/cm; t Rapporterte erfaringer Lekkasjer Beleggdannelse Riper Feil i EL-kontakt Brekkasje (HMS) Temperaturspenninger ++ Rapporterte brekkasjer pga trykkstøt! C, W/cm; t USEPA: Hg-oppsamler? 10

11 Utstrålte bølgelengder - LP og MP lamper Monokromatisk (LP) ~ 254 nm Polykromatisk (MP) -> Økt DBPFP? USEPA, Nov

12 UV-intensitet, -transmisjon og -dose Noen sentrale begreper: 1. UV-intensitet, UV-I (mw/cm 2 ); = f (lampe, UV-T, belegg) 2. UV-transmisjon, UV-T (%); = f (vannkvalitet, dvs NOM, Fe, ++) 3. Bestrålingstid, t (sek); = f (Q, UV-reaktorhydraulikk, reaktorvolum) UV-dose (mws/cm 2, i.e. mj/cm 2 ) = UV-I t UV-anlegg må baseres på gode grunnlagsdata/worst case 1. Max vannstrøm (Q DIM ) 2. Minimumsverdi for UV-I (avgitt av lampe/målt i sensor) 3. Minimumsverdi for UV-T (vannkval) 4. Kvalitet på ekstern og intern strømforsyning 12

13 Godkjenning ihht biodosimetertest-eksempel Hydraulisk kap. ved ulik UV intensitet (sertifiseringsområdet) UV-dose: 40 mj/cm2 Godkjenningen gjelder bare innenfor angitt (testet) område Pr 2005 er det sertifisert anlegg for UVT-50 i området 12-75%, men FHI anbefaler ikke UV når UVT-50 < 30 % Kilde: A. Seim, Bergen Vann KF 13

14 UV-intensitet, -transmisjon og -dose Vannkvaliteten påvirker UV-desinfeksjonen på flere måter Skyggeeffekter/innbaking av mikroorganismer i partikler Absorpsjon av UV-lys (NOM, Fe, etc) Beleggdannelse på kvartsglass og UV-sensor Viktig med god forbehandling før UV-desinfeksjonen Viktig med god drift av forbehandlingsprosessene 14

15 Viktige forhold for drift av UV-anlegg Vannkvalitet Beleggkontroll/vask Kvalitet på strømforsyningen Lampestatus Driftsovervåkning/kontroll 15

16 Vannkvalitet og UV-desinfeksjon Partikler: skygge-effekter og innbaking av mikroorganismer NOM: absorberer UV-lys og reduserer UV-transmisjonen Restmetall fra koagulering: kan gi redusert UV-T og danne belegg på lampe og sensor Jern+mangan: kan gi belegg som er vanskelig å fjerne (NB for grunnvann; og for Mn-holdig Fe-klorid?) Også sensoren trenger rengjøring ikke bare kvartsglassene USEPA: Månedlig kontroll av UV-sensor Belegg Kartlegg vannkvaliteten m/variasjoner! Optimal vannbehandling er viktig! Rengjøring/vask er viktig! NOM 16

17 Vannkvalitet og UV-desinfeksjon Sjekklister Har man tilstrekkelig lange og gode tidsserier for UV-T? Har man fargetallsmålinger til bruk for evt beregning av UV-T? Hvor lange tidsserier har man/bør man ha? 1 år; 3 år; 5 år Kjennes man kildens/råvannets respons på ugunstige vindretninger, nedbørforhold, varigheter, m.v. og variasjon i vannkvalitet, og hvordan påvirkes rentvannskvaliteten av dette? Hvordan påvirkes vannkvaliteten av oppstrøms vannbehandling, hvordan er variasjonene og hva er de kritiske kontrollpunkter? Hvilke kilder finnes for beleggdannelse (Fe, modningsvann)? Har man innført Risikobasert Prøvetaking og kartlagt worst case? Har man gjennomført ROS-analyse av hele vannforsyningen? ++ 17

18 Vask og Beleggkontroll Sirkulasjonspumpe Sitronsyre Kriterier for initiering av vask? Sitronsyre, fosforsyre, ++? Erfaringer? Kilde: A. Seim, Bergen Vann KF 18

19 Mekanisk (a) og mekanisk-kjemisk (b) rengjøring av UV- lamper/kvartsglass Visker - teflonring Visker m/vaskeløsning Hva med sensorvinduet? 19

20 Inhomogen intensitet og dosefordeling Høyeste verdier nær lampen Måling i dårligste punkt Belegg på kvartsglass og på sensor 20

21 Plassering og utforming av UV sensorer UV sensorer Kontroll/kalibrering mot ref-sonde Plassering i lavest bestrålte pkt Ikke i skyggen fra kabler, flekker Trykk/Lekkasje Belegg/Renhold 21

22 NB for substanser med høy UV-absorbans og stort potensial for beleggdannelse 91 -> 90 % T 254 I tillegg: Beleggdannelse fra noen av de samme substanser (NB for Fe,Mn) Ingen sign. absorbans fra: NH 3, NH 4+, Ca 2+, OH -, Mg 2+, Mn 2+, P, SO

23 Lampestatus og levetid Avgitt UV-intensitet avtar med levetiden Levetiden bør være (LP), og timer (MP) Levetiden reduseres vedr temp < 5 C Uoriginale lamper bør brukes med forsiktighet 23

24 Kvalitet på strømforsyning Spenningsfall > ±10 % slukker UV-lampen Kortvarige strømutfall, dvs. strømblink slukker lampen ÅRSAKER: Lynnedslag Dårlig ekstern strømforsyning Dårlig kvalitet på forsyningsnettet i Norge? Forskjell by og land? Dårlig/for liten kapasitet på internt nett Innslag av tunge lastkomponeter Manglende kapasitet på nødstrøm/ups 24

25 Kvalitet på strømforsyningen Viktig å kartlegge vannkvaliteten men også kvaliteten på strømforsyningen! Kvalitet på strømforsyningen Hva er normalfrekvens og varighet på strømutfall? Hva er normalfrekvensen på kortvarige strømblink? Hvor ofte forekommer spenningsfall ned mot 200 V? (lampe slukkes) Forskjeller mellom Norge og andre land og mellom by og land? Hva med interne strømforsyning - nettkapasitet, tunge komponenter/spenningsfall, m.v? Bør UPS brukes for å løse problemer mht strømforsyningen? ++ 25

26 Kvalitet på strømforsyningen Kartlegg vannkvaliteten men også kvaliteten på strømforsyningen! SINTEF Energiforskning (SEFO): Sakkyndig i sak om UV-anlegg med > omstarter på < 2 år! 1. Kortvarige spenningsdip forekommer relativt ofte i Norge. Må UV slå ut ved kortvarig <200V? Til sammenligning tåler de aller fleste andre elektriske apparater på markedet typisk 150 og 195 V kortvarig før de får problemer 2. Nødvendig dialog med nettselskapet om behov for lastpåslag, startstrømmer og kontinuerlig last. Linjene fram til vannverket kan være tilstrekkelig for vannverkets kontinuerlige last, men ikke for lastpåslagene 3. Strømutfall og spenningsfall mer utbredt på landsbygda enn i byene, og behovet for UPS (for UV-anlegget) derfor størst der? 26

27 Kvalitet på strømforsyningen Ved spenningsfall > 10 % slukker UV-lampen Kortvarige strømutfall, dvs. strømblink slukker lampen Hubel, JAWWA, Apr 2007: Med en nedetid på 1 % (7.3 h/mnd) kan det ikke oppnås log-red > 2, (forutsatt at vannet sendes til forbruk). --> Barrieresvikt! En nedetid på 0.01 % (4.4 min/mnd) anses urealistisk lav, men viktig med nødstrøm/ups/hb for å opprettholde god barriere/lav nedetid (< 0.1%?) 27

28 Driftskontroll/styring av UV-anlegg Etter Gjerstad, IVAR, 2007 Styringssystem Styringskriterier Dose mj/cm 2 Antall aggregat i drift pr linje Fordeling av vannmengde på aktuelle aggregat Effektregulering % Lik fordeling av driftstid på hvert aggregat UV - PLS - Regner ut dose - Får input fra transmisjonsmåler - Tenner/slukker aggregatene - Styrer inn/utløpsventil på aggr. - Regulerer effektpådrag Styringskap Styringskap Styringskap Styringskap Styringskap Styringskap - Styrer viskere - Håndterer lampeoppvarming - Overvåker lampefeil - Overvåker ballastfeil - Registrerer vannmengde - Registrerer signal fra reg.ventil - Registrerer signal fra UV-I måler Aggregat 1 Aggregat 2 Aggregat 3 Aggregat 4 Aggregat 5 Aggregat 6 28

29 Driftskontroll/styring av UV-anlegg Problemer med styringssystemene er de gode nok? Feil i oversettelse Feil i programmering Hva med doseberegningen? Ulike signal fra UV-sensorer i samme aggregat (skygge?) Månedlig kontroll av UV-sensor (USEPA) eller årlig (FHI)? Prototyper og løsninger som ikke er testet tilstrekkelig? NB for vekst i prøvekraner; kimtall en dårlig parameter? Automatisk stenging av anlegget når dosen < 40 mj/cm 2? Bør man alltid ha by-pass og klor i reserve? Tilstrekkelig reservedelslager? 29

30 Konklusjoner og refleksjoner (1) På høy tid å ta tak i dim og driftsforhold for UV-anlegg Kvalitet på vann- og strømforsyning må kartlegges bedre Få med worst case Reserve for klimaeffekter (økt NOM, red UV-T, osv) Dialog med kraftselskaper/el-leverandører Underdimensjonering utbredt (små leverandørmarginer) Skjevfordeling mellom linjer ikke uvanlig (uheldig hydraulikk, manglende Q-måler på hver linje) Plasseringsavhengig vannkvalitetsvariasjon? Filterutløp vs samlestokk Bruk utenfor sertifisert område (Q og UV-intensitet)? UV-sensorer m/filter svekkes over tid (MP>LP) Behov for bedre sensorkontroll/kalibrering, plassering (gml anlegg) Uten doseangivelse vet man lite om driften (% lite verdt!) Fastbrent belegg vs. løse belegg - Ukjente årsaker til beleggdannelse (Fe viktig?) Koaguleringsanlegg bør optimaliseres mht turb, rest-me, UV-T, 30

31 Konklusjoner og refleksjoner (2) Spenningsfall pga lynnedslag; tunge lastkomponenter, mv Kortvarige strømutfall (strømblink) Dårlig intern strømforsyning (lokale nett) Sårbare ballastkort Kan produsentene øke robustheten? Styringssystemene har ofte feil/er mangelfulle Nødstrømsaggregater sjelden tilstrekkelig dimensjonert for samtidig drift av UV-anlegg + pumper + andre komp. Flomsikker inst. Unngå kortslutning når behovet er størst! Leverandører: Ta oppfølgingen på alvor Dette er allerede et viktig valgkriterium blant bestillere Styrk kompetansen - i alle ledd 31

32 Hva karakteriserer de gode UV-anlegg? Vann og strømkvalitet ihht spesifikasjonene Fleksibel og korrekt dimensjonering innenfor godkjenningsområdet for biodosimetertesten UV-lampe holder spesifisert intensitet i avtalt levetid Begrenset beleggdannelse Enkel/pålitelig rengjøring Robust styring&kontroll Pålitelig UV-sensor Robuste ballastkort, også ved spissbelastninger/strømutfall Pålitelig regulerings- og styringssystem Stabil og god drift av oppstrøms vannbehandlingsprosesser Gode kontrakter/klare ansvarsforhold/garantiansvar ++ 32

33 Takk for oppmerksomheten! 33