DRIKKEVANNSKVALITET OG KOMMENDE UTFORDRINGER - problemoversikt og status

Transkript

1 Norsk Vann rapport 177/2010 DRIKKEVANNSKVALITET OG KOMMENDE UTFORDRINGER - problemoversikt og status VA-konferansen i Møre og Romsdal Ålesund, 25. mai 2011 Svein Forberg Liane, Sweco Norge AS

2

3 Utarbeidet av: Svein Forberg Liane og Mathias Kleppen (Sweco), Stein Wold Østerhus og Bjørnar Eikebrokk (SINTEF) Med bistand fra en intern ressursgruppe: Kenneth M. Persson (Lunds Universitet / Sydvatten), Truls Krogh og Vidar Lund (Folkehelseinstituttet), Lars J. Hem (SINTEF), Lars Enander, Stein Erik Bakken og Gunnar Bjørnson (Sweco)

4 Målsetning A) Oppsummere status og kunnskap om nye trusler i drikkevann i Norge de siste 8-10 år. B) Beskrive noen scenarioer for hva som vil være morgendagens utfordringer når det gjelder potensielt helseskadelige forurensninger i vann. C) Vurdere grovt dagens vannbehandlingsmetoder opp mot trusselbildet for drikkevannskildene. D) Gi anbefalinger om videre arbeid, FoU-behov og prosjektideer.

5 Forventet utvikling Scenario 1: Klimaet blir mer variabelt, med økt årsmiddeltemperatur, nedbør og avrenning. Det forventes hyppigere og kraftigere ekstremværhendelser. Scenario 2: Nye patogene mikrober vil dukke opp i norske drikkevannskilder som følge av økt temperatur (endrede livsvilkår) og ubevisst import. Scenario 3: Vi vil få kjennskap til nye risikoelementer som følge av ny viten innen forskning og analysemetodikk. Scenario 4: Omstillingsbehov som følge av nye, generelle samfunnskrav. Krav til mer miljøvennlig ressurbruk, bedre kvalitet i leveransen/tjenesten og økt åpenhet. Scenarie 0: Status Quo. Ingen spesielle endringer i ytre påvirkninger. Indre faktorer: Organisatoriske problemer i VA-sektoren med forgubbingstendens og mangel på kvalifisert arbeidskraft innen drifting av vannverk.

6 Det er ikke bare VA-bransjen som fokuserer på klimaendringer:

7 Endret og mer variabelt klima gir oss flere utfordringer som vi må ta hensyn til i framtidig planlegging, design og drifting av vannverk: Økt farge (NOM) i overflatevann. Økt turbiditet i overflatevann, spesielt i elver og bekker ved flom. Større variabilitet i vannføring og større flomtopper. Lavere sprangsjikt, lengre sirkulasjonsperioder og dermed redusert barriereeffekt i innsjøer. Endring i O 2 /CO 2 -balanse i tjern og grunnvann. Økende jern- og manganinnhold i tjern og grunnvann. Økende problemer med lukt og smak på vannet. Nåværende vannbehandlingsprosesser kan raskt bli utilstrekkelig. Dagens nyere vannverk kan ha valgt feil behandlingsprosess, eller ha underdimensjonert den. Økende problem med ettervekst av biofilm i ledningsnettet.

8 Nye patogener i våre drikkevannskilder De hittil rapporterte vannbårne sykdommer i Norge skyldes primært Norovirus, Campylobacter, Salmonella, Shigella, Yersinia enterokokker, Giardia og Legionella. Vi må også forvente at andre patogener (kjent fra vannbårne sykdomsutbrudd i andre sammenliknbare land) vil kunne skape utbrudd i Norge, som f.eks.: - Cryptosporidium (tåler høye konsentrasjoner av klor og ozon) - Adenovirus (tåler UV-bestråling) - Opportunistiske patogener som Mycobakterier og Pseudomonas (kan formere seg i ledningsnettet) - Cyanobakterier/blågrønnalger (produserer algetoksiner) - Muggsopp (produserer mycotoksiner og allergener)

9 Utfordringer for drikkevannsbehandling Koaguleringsanlegg Økt organisk innhold og økt partikkelinnhold i råvannet gir mer slam i filtrene, redusert behandlingskapasitet og økt fare for gjennomslag/barrierebrist. Større og raskere variasjon i råvannskvalitet gir styringsmessige utfordringer. Resultat: Anleggene må bygges større for å oppnå lavere filterbelastning og mer filtervolum. Doseoptimalsering bør gjøres. Bedre on-line overvåkning må innføres.

10 Ozonering-biofiltreringsanlegg. Økt råvannsfarge krever høyere ozondose for å oppnå ønsket rentvannsfarge. Dermed øker innholdet av lettnedbrytbart organiske stoff (BDOC) i ozonert vann til nivå som biofilteret får problem med å fjerne. Resultatet er økt kimvekst og biofilmdannelse på ledningsnettet. (Prosessen er neppe egnet for råvann med farge >30 og TOC >5 mg/l.) Merk ozonets gode desinfeksjonsegenskaper. Resultat: Biofiltervolumet må økes. Organisk omsetning i filter må effektiviseres, (f.eks. ved å heve ph til ca. 8 før biofilter?) Vær kritisk til valg av prosessen ved høyt fargetall.

11 Membranfilteranlegg. Økt partikkelinnhold i råvannet vil øke beleggdannelse (fouling) på membranene, medføre kapasitetssvikt og hyppige membranbytter. Membranfilteranlegg alene gir neppe tilstrekkelig prosessbarriere. Resultat: Innføring av bedre og kostbar forbehandling (f.eks. mikrofiltrering). Kontinuerlig desinfeksjon blir nødvendig etter membranfiltrering.

12 UV-desinfeksjon. Økt farge og partikkelinnhold i råvannet og større og raskere endringer i vannkvaliteten er svært uheldig for UVdesinfeksjonen og driften av UV-anlegg. Ved drikkevannskilder som mottar fekal forurensing, vil UV-desinfeksjon alene neppe gi sikker nok desinfeksjon mot alle forekommende, påregnelige patogener.

13 Klordesinfeksjon. Klorens desinfeksjonseffekt reduseres ved økt organisk innhold i vannet. Klor gir ikke hygienisk barriere mot parasitter og bakteriesporer. Klorering vil hovedsakelig være et nyttig og kanskje nødvendig supplement til først og fremst UV-desinfeksjon.

14 Konsekvens for overflatevannkilder 1) Alle påkrevde hygieniske barrierer må bygges inn i prosessanlegget: Flere desinfeksjonstrinn (klor, UV, ozon) med ulike effekter for å kunne uskadeliggjøre ulike mikroorganismer. Utvidede prosessløsninger for å oppnå multiple barrierer og god forbehandling før desinfeksjonstrinnet slik at desinfeksjonseffekten blir stabil og forutsigbar. 2) Økt organisk innhold og/eller turbiditet i råvannet vil medføre: Flere behandlingsanlegg for dette, f.eks. koagulering-filtrering, ozonering-biofiltrering, membranfiltrering. Kapasitetsutvidelse av eksisterende prosessanlegg for å håndtere større slammengder og unngå gjennomslag. Flere filtertrinn, f.eks. innføring av poleringsfilter for kontroll mot slamslipp fra koaguleringsanlegg. Flere prosesstrinn, f.eks. kontaktfiltrering etterfulgt av ozonering-biofiltrering, eller to-trinns membranfiltrering (mikrofiltrering og ultra-/nanofiltrering).

15 3) Eventuelle algetoksiner i råvannet kan trolig håndteres ved: Aktivt kullfilter, normalt som siste filtertrinn blant flere. Ozontilsats i kombinasjon med biofilter. 4) Større og raskere variasjon i råvannskvalitet medfører behov for: Økt drifttilsyn. Utvidede overvåkningsanlegg for rå- og rentvannskontroll primært for å sikre at utilstrekkelig desinfisert vann ikke kommer ut på nett. Mer intelligent prosesstyring, som f.eks. automatisert styring av doseringsmengder og filterdrift etter signal fra dokumentert korrekte og dublerte on-line vannanalyseinstrument. 5) Mer komplekse vannbehandlingsanlegg vil igjen medføre: Større krav til kompetanse i driftsorganisasjonen. Økt behov for kunnskap hos vannverkets/kommunens administrasjon og eksterne rådgivere. Kanskje andre/større organisasjoner basert på samarbeid mellom flere kommuner.

16 Konsekvens for grunnvannskilder 1) Kontinuerlig desinfeksjon på flere grunnvannsverk. For bedre å sikre hygienisk sikker vannkvalitet ved tilførsel av overflatevann og ikke naturlig renset grunnvann til brønnen, f.eks. ved flom. (Utgjør filtrering i grunn mer enn én barriere?) 2) Prosess for jern- og manganfjerning på flere vannverk. Reduserte forhold i grunn - pga. økt organisk omsetning i infiltrasjonssona eller i løsmassene - kan medføre økt utløsning av jern og mangan. 3) Økt drifttilsyn og utvidet overvåkning av rå- og rentvannskvalitet.

17 Nye prosessløsninger Nye utfordringer medfører potensiale for nye prosessløsninger, som f.eks.: Koagulering-membranfiltrering (forsøk gjøres nå i Norge med koagulering på keramiske membraner) Avanserte oksydasjonsprosesser (UV+H 2 O 2, katalytisk ozonering, m.m.) Adsorpsjonsprosesser (nye ionebyttemasser, zeolitter, aktivt kull, m.m.) Biologiske prosesser (biologi tilpasset forbindelse som skal fjernes) Klordioksyd (høyere desinfeksjonseffekt enn vanlig klor) Flertrinns desinfeksjon og kombinasjon oksydasjon/desinfeksjon Flertrinns partikkel- og NOM-fjerning (koagulering/kontaktfiltrering + ozonering/biofiltrering, koagulering/kontaktfiltrering + aktivt kull)

18 Kunnskap om nye risikoelementer Nye, bedre og flere vannanalyser. (Utgjør kilden egentlig en hygienisk barriere?) Bedre kunnskap om det kjemiske kretsløp. Bedre kunnskap om vannverkenes evne til å tilpasse seg endrede forutsetninger. Bedre kunnskap om virusspredning gjennom drikkevann. Bedre kunnskap om grunnvann og tilbakeholdelse av mikroorganismer i grunn.

19 Nye, generelle samfunnskrav Økt forbrukerbevissthet med mer fokus på kvalitet i drikkevannsleveransen, ikke bare pris. Økt krav til åpenhet og dokumentasjon av drikkevannsleveransen. Behov for energiøkonomisering. Krav til mer miljøvennlig ressursbruk og materialvalg. Slamproduksjon i vannbehandlingen utslipp og slamhåndtering. Økt fokus på biprodukter etter kjemikalietilsats.

20 Forslag til nye FoU-prosjekter 1) Foresight vurdering av ulike drikkevannskilder. 2) Krav til vannbehandling i møte med forverret råvannskvalitet. 3) Optimaliseringsmuligheter og dokumentasjon av barriereeffekter ved kontaktfiltreringsanlegg i møtet med forverret råvannskvalitet. 4) Optimaliseringsmuligheter for ozonering-biofiltreringsanlegg i møtet med forverret råvannskvalitet. 5) Forbedret forbehandling for membranfilteranlegg i dag og i møtet med forverret råvannskvalitet. 6) Nye, aktuelle vannbehandlingsprosesser og prosesskombinasjoner for drikkevannsbehandling (forprosjekt). 7) Vekstbetingelser og begroing av opportunistiske patogener i ledningsnettet, og vannbehandlingstiltak for å motvirke dette. 8) Algetoksiner og vannbehandlingstiltak. 9) Muggsopp og vannbehandlingstiltak. 10) Metoder for genotyping og bestemmelser av viabilitet av Crypto og Giardia. 11) Optimalisering av grunnvannsanlegg.