Fagtreff i Norsk Vannforening: Hygieniske barrierer i vannforsyningen dagens praksis og fremtidig behov, NINA, Trondheim, 24 mars, 2014 Eikebrokk 1985 Klimaendringer og mulige effekter på råvannskvaliteten i vår region Bjørnar Eikebrokk, SINTEF Teknologi for et bedre samfunn 1
Klimaendringer og råvannskvalitet Varmere, villere og våtere. Høyere temperaturer og nye økologisk nisjer for mikroorganismer, fugler og dyr nye typer patogener, økt sykdomsrisiko/infeksjoner hos dyr, nye zoonoser Økt nedbørmengde og mer ekstreme nedbørintensiteter mer flom, ras, erosjon; økt forekomst av mikroorganismer, organisk stoff, næringsstoffer og kjemiske forurensninger Overbelastede avløpssystemer økt inntrengning av kloakk, humanpatogener, smitte- og næringsstoff i ledningsnettet Økt temperatur, mer nedbør, økt vekstsesong og primærproduksjon, mer skog/løvtrær; mindre sur nedbør Økt NOM, mer alger og algetoksiner, T&O? "Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industriland, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann" "I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet" (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013) Teknologi for et bedre samfunn 2
Vannforsyning og klimatilpasning (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013) Kommunenes beredskapsplaner kan utvides til å omfatte forstyrrelser i drikkevannsforsyningen som skyldes ekstremvær eller andre virkninger av klimaendringer Kommunen kan også sørge for bedret beredskap i vannforsyningen for å hindre eller begrense akutte endringer i vannkvalitet: Flomsikring av tekniske anlegg og styrking av eksisterende barrierer, for eksempel ved å øke UVkapasiteten Vannverkseier kan foreta en vurdering av hvilke virkninger ekstremvær som kraftig nedbør og flom vil ha, og identifisere muligheter for å redusere forurensing av vannkildene eller bedre vannbehandlingen Et sentralt spørsmål blir da: HVORDAN kan/bør man styrke barrierene og bedre vannbehandlingen for å møte klimatruslene? Teknologi for et bedre samfunn 3
Klimaendringer og NOM Teknologi for et bedre samfunn
Råvannsfarge (mg Pt/L) Råvannsfarge (mg Pt/L) 70 60 50 40 30 Oset - Maridalsvannet 20 Max 10 Middel Min 0 197019751980198519901995200020052010201520202025203020352040 70 60 50 40 30 20 10 Eksempel: Økende fargetall i Oslos drikkevannskilder Slik som i S, GB, D, USA, Can, ++ Langlia Max Middel 0 197019751980198519901995200020052010201520202025203020352040 50 mer nedbør, mindre 40 sur nedbør? Min Råvannsfarge (mg Pt/L) 70 60 30 20 10 Elvåga - Skullerud Viktigste NOM-drivere: Økt temp&primærprod, Råvannsfarge (mg Pt/L) Max Middel 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 70 60 50 40 30 20 10 Holsfjorden Hva om vi får "skotske forhold" med fargetall > 400? 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 Min Max Middel Teknologi for et bedre samfunn 5
7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 Råvanns - ph - Rore (Arendal) ph-max ph -Avg ph-min Fargetallsøkningen er størst i sør P. Ericsson (2011) Endringer etter 1984 (SLU) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1964 1967 1970 1973 1976 Farge-Max Råvannsfarge (mg Pt/L) Råvannsfarge-Avg Farge-Min 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 Er "sur nedbør"-effekten brukt opp og vil fargetallsøkningen nå flate ut? Gjelder også for Norge Teknologi for et bedre samfunn
Mulige årsaker til økende NOM Modified after Forsberg 1992; Liltved 2002 Økt mengde Increased amount of drivhusgasser; greenhouse COgases 2, CH 4, KFK, (CO 2, etc. CH 4, N 2 O, CFC, etc) Temp increase (0.2-0.7 C per decade) Økt årsmiddeltemperatur, 0,2-0,7 C pr dekade Increased precipitation Økt nedbør Increased Økt avrenning runoff Increased Økt N- nedfall atmospheric N deposition Økt fotosyntese Increased photosynthesis Økt plantevekst Increased primary production Høyere grunnvannsnivå Higher ground water level Elevated tree line Increased amount Økt mengde planteavfall of plant residues Økt nedbrytningshastighet Increased rate of degradation Mer myr- og våtmarksområder More moors and peatland areas Økt produksjon av NOM Increased NOM production Økte tilførsler av NOM Increased flux of NOM Less acid rain, less S, less Al, less natural coagulation Høyere fargetall og organisk karbon i elver og innsjøer Increased source water color, UV-abs and organic carbon Teknologi for et bedre samfunn 7
Eikebrokk 1985 Hvorfor bør NOM fjernes? 10 gode grunner P. Wang 82 1. Gir farge, lukt og smak på vannet 2. Øker dosebehovet for koagulant og desinfeksjonsmiddel (klor, O 3, UV) 3. Påvirker desinfeksjonseffektivitet og barrierer - og danner DBP 4. Påvirker fjerningen av uorganiske partikler og mikroorganismer 5. Øker mobilitet og tilgjengelighet/inntak av mikroforurensninger 6. Danner biofilm/belegg (fouling) på membraner og i ledninger også innomhus 7. Blokkerer porer i AC-filtre og utkonkurrerer lukt/smak/mikroforurensninger 8. Øker mengden slam/avfall 9. Påvirker så vel vannbehandling som distribusjon 10. Økende innhold og større sesongmessige variasjoner i NOM-mengde og sammensetning gir utfordringer for drift av vannbehandlingsanlegg, for driftskontrollsystemer, og for prosessvalg og dimensjonering Teknologi for et bedre samfunn 8
Vannbehandling, NOM og klimarobusthet Teknologi for et bedre samfunn 9
NOM removal technologies used in Norway NOM--> DOC, Colour, UV-abs Eikebrokk 1985 affects treatment, disinfection, and distribution including corrosion, regrowth, precipitation, deposition, adsorption Enhanced coagulation 120 WTPs Ozonation - GAC - biofiltration 35 WTPs Nanofiltration 110 WTPs Teknologi for et bedre samfunn 10
Ozon-biofilteranlegg (OBF) med alkalisk forfiltrering Økt NOM/VHA/farge økt ozonbehov økt BDOC økt vekst? Lavere temp økt Ct-krav økt ozonbehov red BF-effekt/økt BDOC økt vekst? Net O 3 NaOCl CO 2 Lake Norsjø O 3 contact - CaCO 3 filter - Biofilter CW tank - UV - NaOCl Norsk Vann-rapport (2014): Erfaringer med OBF-anlegg i Norge Teknologi for et bedre samfunn 11
Nanofiltration - NF Økt NOM mer belegg/fouling mer klor/vask økt dannelse av klorforbindelser/klorfenoler mer anisoler/mer lukt/smak? Pre-treatment : 50 µm sieve Design flux: 15-18 l/m 2 h Module: Spiral wound Pore size: 3 nm (1-5) Membranes: CA Recovery: 70-80% Cleaning: Frequent (every night) Challenges: Fouling, regrowth, taste&odour? Åfjord og Hitra (2011-2013): Omfattende analyse av lukt/smakstoffer Teknologi for et bedre samfunn 12
Effekter av klimaendringer/økt NOM: Koagulering NOM--> DOC, Colour, UV-abs affects treatment, disinfection, distribution Eikebrokk 1985 Effekter av klimaendringer og økt NOM på koag-anlegg Enhanced coagulation 120 WTPs Økt koagulantbehov Økt slamproduksjon Økt TOC i rentvann Kortere filtersykluser og økt spylevannsforbruk Raskere trykktapsutvikling Hvis også mer alger økt trykktap/blokkering av filtersenger, og mer hydrofile, dårlig koagulerbare NOM-fraksjoner (NEU) Teknologi for et bedre samfunn 13
Mer alger flere problemer i vannforsyningen Lukt/smak, toksiner, vanskelig fjernbar NOM, trykktap i filtre AWWARF 2004; Hall et al 2005 Risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filterseng Teknologi for et bedre samfunn 14
"Kokende" filtersenger. Vi har konkrete eksempler på dette i Norge Alger kan gi høye trykktap og økt risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filtersenger Jfr. gassen som kommer ut av seltersflaska når korken tas av og trykket fjernes Slike gassbobler kan fullstendig blokkere et filter og redusere behandlingskapasiteten dramatisk Økt NOM + alger: En utfordring! Teknologi for et bedre samfunn 15
10 5 0-5 Lufttemperatur ( C) Jonsvatnet Vinteren 2014 Vindstyrke og lufttemp, Sagelva (8. jan-24. feb 2014) (Killingtveit/Alfredsen, 2014) -10 Vanntemperatur (Tronhus/Kierulf, 2014) -15 MAX AVG MIN 4 Råvannstemperatur VIVA 2014 ( C) -20 5 4 3 Vindstyrke (m/s) MAX AVG MIN 3 2 En mild og vindfull førjulsvinter intet isdekke 2 1 1 0 0 01.01.2014 08.01.2014 15.01.2014 22.01.2014 29.01.2014 05.02.2014 12.02.2014 19.02.2014 26.02.2014 01.01.2014 08.01.2014 15.01.2014 22.01.2014 29.01.2014 05.02.2014 12.02.2014 19.02.2014 26.02.2014 Teknologi for et bedre samfunn 16
Jonsvatnet Vinteren 2014 Vanntemperaturer målt ved VIVA (Tronhus, 2014) 4 Råvannstemperatur VIVA 2014 ( C) 3 2 1 Et klimaendringens paradoks: En av de varmeste vintre, men det kaldeste kranvannet ever. 0.26 C 0 01.01.2014 08.01.2014 15.01.2014 22.01.2014 29.01.2014 05.02.2014 12.02.2014 19.02.2014 26.02.2014 05.03.2014 12.03.2014 19.03.2014 26.03.2014 Teknologi for et bedre samfunn 17
Arendal: Råvannstemperatur i Jan, Feb, Mar ( C) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 1. januar 11. januar 21. januar 31. januar 10. februar 20. februar 1. mars 11. mars 21. mars 31. mars C 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Teknologi for et bedre samfunn 18
Mulige effekter av ekstremt lave vanntemperaturer om vinteren Fare for is/sarrdannelse i installasjoner/vannbehandlingsanlegg Økte Ct-krav for samme log-red ved klorering og ozonering for samme t kreves 25-50 % høyere dose C ved 0.5 C enn ved 4 C Økt ozondose og redusert biologisk omsetningshastighet i desinfeksjon/vannbehandling økt biologisk vekstpotensial i rentvann og nettvann Lav vintertemperatur kan gi mindre biologisk vekst i ledninger utomhus, men mer innomhus? Lav temp påvirker drift og kostnader for UV-desinfeksjonsanlegg lamper tenner ikke; redusert levetid på lamper når temp < 5 C Lavere sedimenteringshastighet og økte filtertrykktap i VBA Lav temp: Et viktig kriterium for valg av vannbehandlingsmetode? Teknologi for et bedre samfunn 19
Temperaturen kan også påvirke dannelsen av belegg og biofilm i ledningsnettet.. (Modifisert etter Vreeburg et al., 2007) Suspended solids (BDOC and dissolved solids, incl Me) Regular deposition & resuspension Biofilm formation & sloughing Corrosion Precipitation & adsorption Suspended solids (BDOC and dissolved solids, incl. Me) Loose deposits with "inhabitants" J.H.G. Vreeburg Teknologi for et bedre samfunn 20
Klimaendringer og økende NOM kan kreve supplerende vannbehandlingstrinn (AC, UF, MIEX, etc) En optimalisering vannbehandlingen vil ikke alltid være tilstrekkelig.. Teknologi for et bedre samfunn 21
Görvälnverket, Norrvatten, SE x Blokkeres av NOM Nytt NF-trinn? Teknologi for et bedre samfunn 22
(Per Ericsson, 2012) Teknologi for et bedre samfunn 23
KONKLUSJONER NOM konsentrasjonene øker fortsatt flere steder i Sør-Norge, men vi vet lite om eventuelle endringer i NOM-sammensetning og egenskaper Vekstpotensialet (BDOC) korrelerer godt med hydrofile NOM-fraksjoner (NEU,CHA). Hva med fremtidige endringer i NOM-fraksjoner, tilførsel av næringsstoffer, mikroorganismer, algeinnhold og lukt/smak/toksiner? Koagulering, ozonering-biofiltrering og nanofiltrering er de mest anvendte vannbehandlingsmetoder i Norge. Alle metoder påvirkes av endringer i temperatur og NOM/alger dog på ulike sett og i ulik grad Økt NOM/alger kan gi: i) mer lukt/smak/algetoksiner og mer NEU som ikke fjernes ved koagulering/(nf), ii) økt ozonbehov og økt vekstpotensial som ikke fjernes i biofiltre, iii) økt behov for klorvask av NF, noe som kan gi mer lukt- og smakproblemer, og iv) mer slam/avfall og v) økte kostnader Ekstremt kaldt vintervann kan påvirke så vel valg av vannbehandlingsmetode, vannbehandlings- og desinfeksjonsprosesser, samt biologisk vekst og beleggdannelse i ledninger ute og inne noe som kan øke forekomsten av opportunistiske patogener økt risiko for et økende antall immunsvekkede personer Teknologi for et bedre samfunn 24
Utfordringene er globale løsningene lokale.. "The influence of NOM and the potential changes in its character due to impacts from climate change and ozone depletion cannot be ignored" (Environmentalist, Springer Sci., DOT 10.1007/s10669-007-9123-7, 2007, Australia) "Better monitoring needed - Higher likelihood of microorganisms in drinking waters, cannot wait for outbreaks to occur. Early detection tools in real time is needed" (Jour. AWWA Sep 2003, USA) "Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industriland, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann" "I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet" (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013) Kjenn ditt råvann og ditt anlegg og vær beredt! Teknologi for et bedre samfunn 25