Hva skjer på koaguleringsfronten?

Norsk Vann FAGTREFF, Quality Hotel 33, Økern, Oslo, 25-26 Oktober, 2016 Møte nr. 2 i Forum for Sikker, Bærekraftig og Klimarobust Drift av Koaguleringsanlegg Eikebrokk 1985 P. Wang 82 Hva skjer på koaguleringsfronten? Aktuelle nyheter og FoU-aktiviteter Bjørnar Eikebrokk, SINTEF Teknologi for et bedre samfunn 1

Vi tar opp tråden fra 2015. Teknologi for et bedre samfunn 2

Svikt i koaguleringsbarrieren kan oppstå ü Ved hel eller delvis svikt i koaguleringen (ikke-optimale verdier for koagulantdose og/eller koagulerings-ph) ü Under filtermodning ü Ved gjennombrudd i filtre ü I perioder med støtbelastninger og (brå) hastighetsøkninger i filtertrinnet (eksempelvis ved innfasing av råvannspumper/pumpetrinn, og ved spyling av parallelle filterenheter) ü Grunnetreturstrømmer/slamvann med ugunstig mengde/sammensetning ü Ved mangelfull filterspyling og/eller dårlig filtertilstand (én eller flere filterenheter) ü Ved utilstrekkelig prosessovervåking, styring og kontroll (mangelfull tilpasning av driftsbetingelser til endringer i råvannskvalitet, etc) Teknologi for et bedre samfunn 3

Når kan koaguleringsbarrieren svikte? Typiske risikosituasjoner 1. Sub-optimal koagulering: Feil dose/feil ph 2. Spissbelastninger: Spyling, returstrømmer Tid (hr) 3. Filtermodning Stabil driftsfase 4. Gjennombrudd NB også for 5. Returstrømmer; 6. Filterspyling; 7. Prosesskontroll Teknologi for et bedre samfunn

Turbiditetsmåling på hvert filterutløp og varighetskurver generert av driftskontrollsystemet Teknologi for et bedre samfunn 5 5

FILTERTILSTAND Måkartlegges jevnlig Slamklumper (mudballs) kan forstyrre filtreringen og driften av filteret ü Unngå overdosering av polymer ü Sørg for tilstrekkelig god filterspyling Teknologi for et bedre samfunn 6

BRUK TRYKKTAPSDATA BEDRE KAN GI BESKJED OM FILTERTILSTAND Se etter trender til: ü Økende H 0 (ren seng) ü Eksponensiell utvikling ü Utflatning (gjennombrudd) Teknologi for et bedre samfunn 7

TRYKKTAPSDATA MÅ UTNYTTES BEDRE BESKJED OM FILTERTILSTAND Trykkmåler Luftbobledannelse à Undertrykk i filtersengen? Teknologi for et bedre samfunn 8

CC+Alger: Kan gi problemer Lukt/smak, toksiner, vanskelig fjernbar NOM, trykktap i filtre AWWARF 2004; Hall et al 2005 à Risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filterseng Teknologi for et bedre samfunn 9

Optimalisering: Finn balansen mellom vannkvalitet/sikkerhet og ressursbruk/bærekraft à Restmetall eller turbiditet er normalt bestemmende for koagulantdosen à Dosen må være høy nok til å gi et tilstekkelig bredt ph-vindu for god drift à Valgt dose må BALANSERE krav til sikkerhet/robusthet og til ressursbruk Teknologi for et bedre samfunn 10

Kombinasjon av filtermaterialer (Nedstrøm) 1. Avtagende kornstørrelse med filterdybden à et filterlag må ha mindre korn enn laget over (god filtereffekt og høy lagringskapasitet). 2. En synkehastighet som øker med filterdybden à kornene i et lag må synke raskere enn kornene i laget over (for å bibeholde lagdelingen) à Filtermaterialer og kornstørrelser må derfor velges langs en hellende linje (grønn farge) à Korn i et støttelag må være små nok til å holde laget over på plass, men ikke så små at de kan trenge inn i støttelaget under Synkehastighet (cm/sek) Silikasand Eks: 0.8-1.6 mm anthrasitt over 0.4-1 mm sand gir ikke blanding/overlapp i synkehastighet. Støttelag: 1-2/2-5/5-10 mm Filterkornstørrelse (0-2.8 mm) Teknologi for et bedre samfunn 11 11

Prosessen har driftsmessige utfordringer ü Problemer med å oppfylle krav til vannkvalitet og kapasitet ü Svikt i koaguleringsbarrieren/ manglende oppfyllelse av Veiledningens barriereindikatorkrav ü Manglende on-line overvåking av vannkvalitet (turbiditet) fra enkeltfiltre ü Korte filtersykluser, høyt spylevannsforbruk og/eller kapasitetsproblemer ü Høy slamproduksjon/krevende slambehandlings- og disponeringsløsninger ü Belastningsvariasjoner/problematiske returstrømmer/for små buffervolumer ü Store sesongvariasjoner og utfordringer i forhold til prosesstyring og driftskontroll ü Stor grad av "manuell" prosesstyring gir etterslep ved raske kvalitetsvariasjoner ü Økende NOM-innhold i råvannet, økende koagulantbehov og slammengder ü Filtersykluser som termineres av gjennombrudd eller trykktap ü Dårlige inspeksjonsrutiner og dårlig tilstand på filtersenger (underkorn, slamklumper, forstyrret lagdeling, mv) ü Utilstrekkelig filterspyling, beleggproblemer i dyser/filterbunn ü Høyt innhold av restmetall og driftsproblemer i etterfølgende UV-anlegg ü Høyt kjemikalie- og energiforbruk, høye driftskostnader ü Dårlig ledelsesforankring, manglende opplæring og mangelfull driftskompetanse Teknologi for et bedre samfunn 12

Globale, prosess-spesifikke utfordringer Etter Opflow, No. 6, June 1997, American Water Works Association Top 10 liste over driftsutfordringer (blant 290 undersøkte anlegg) 1. Mangelfulle strategier for styring av koagulantdosering 2. Dårlig kjemikalieinnblanding og/eller flokkulering 3. Manglende vannkvalitetskontroll fra enkeltfiltre 4. Mangelfull håndtering av modningsvann 5. Mangelfull service, kalibrering/vedlikehold av turbidimetere 6. Feilaktige koagulantdoser og feil koagulerings-ph 7. Manglende kunnskap om drift og vedlikehold 8. Re-start av "skitne" filtre som ikke er tilbakespylt 9. Utilstrekkelig prosessovervåking og prosesstyring 10.Mangelfulle kriterier for filterspyling I tillegg kan nevnes: dårlig filtertilstand, utilstrekkelig filterspyling, blanding av filter-lag, tap av filtermasse gjennom filterbunn/dyser, tap av filter-masse under spyling, dannelse av slamklumper (mudballs) i filtersengen, hydrauliske problemer, fnokk-erosjon, problemer med oppløsning og/eller dosering av polymerløsninger, dårlig eller varierende kvalitet på leverte koagulanter, kjemikalier og filtermasser, etc Teknologi for et bedre samfunn 13

AWWA: Opflow Teknologi for et bedre samfunn 14

http://www.awwa.org/partnership > 200 vannverk Teknologi for et bedre samfunn 15

Guide til God & Sikker Drift Australia Teknologi for et bedre samfunn 16

Guide til God & Sikker Drift - AUS NB for uvær, koag-svikt, gjennombrudd og returstrømmer Teknologi for et bedre samfunn 17

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Koagulering Teknologi for et bedre samfunn 18

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Filtrering Teknologi for et bedre samfunn 19

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Spyling Teknologi for et bedre samfunn 20

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Instrument Teknologi for et bedre samfunn 21

AUS-Guide til God & Sikker Drift: IKT Se mer i Vedlegg Teknologi for et bedre samfunn 22

Relevante EU-Prosjekter TECHNEAU 2006-2010; www.techneau.org Vannbehandlingsteknologi Analyser og sensorer/måling og kontroll Ledningsnett Risikovurderinger og risikohåndtering Optimal drift PREPARED 2011-2014; www.prepared-fp7.eu Klimaeffekter og tiltak mot slike TRUST 2012-2015; www.trust-i.net Mer bærekraftige/ressursgjerrige løsninger for fremtiden Teknologi for et bedre samfunn 23

Utfordringer og Fokusområder ü Hvordan oppnå/dokumentere sikker drift også under CC og ekstremforhold: Log-reduksjoner (virus); Økende og/eller mer algegenerert NOM med dårlig koagulerbarhet? ü Bærekraftig og effektiv drift LCA som verktøy for valg av type koagulant, kartlegging av energi/ressursbruk, miljøpåvirkning, etc ü Hva gjør vi når en optimalisert koagulering ikke lenger er god nok: Ozon/GAC; IEX/MIEX; NF; UF med forkoagulering? ü Kan vi skreddersy en sikrere og mer bærekraftig koagulering ut fra en bedre NOM diagnose (NOMiNOR/MEMiNOR)? ü Bedre filterspyling og mer gjenvinning/gjenbruk av koagulanter? ü Bedre prosesstyring, diagnose av filtertilstand, bruk av trykkdata ü Benchmarking og erfaringsutveksling: Hvordan lære mer av hverandre? Teknologi for et bedre samfunn 24

Sikker drift ü NOM-diagnose og koagulerbarhet/behandlingsbarhet ved 10 vannverk i Norden/UK (NOMiNOR; MEMiNOR) ü Vet vi nok om Log-reduksjoner ved norske koaguleringsanlegg, for eksempel mht Norovirus? (Shin and Sobsey, 2015) ü Retur av spyleslam og modningsvann: Økt helserisiko ved DF/KF og NF? (Loret et al 2013) ü Dokumentasjon av barrierefunksjon (big data & varighetskurver for utløpsturbiditet fra enkeltfiltre, samt for UV-dose) ü Nye kjemikalier: Ferrat (K2FeO4) som kombinert oksidasjonsmiddel, koagulant og desinfeksjonsmiddel? (Goodwill et al 2016; Graham et al 2010; Jiang and Lloyd 2002) Bærekraftig drift ü Optimaliser filterspylingen også ikke bare koaguleringen og filtreringen ü Hurtigmiksere: Et unødvendig energisluk uten effekt? (Vadasarukkai and Gagnon 2015; Edzwald 2013; Eikebrokk 2000) ü Kan vi flokkulere oss inn i filtreringsproblemer? (Eikebrokk 1982). Ives (1980): There is no such thing as a good filter it depends on the water to be filtered. Mye kan oppnås med driftsoptimalisering, men dette er ikke alltid tilstrekkelig Teknologi for et bedre samfunn 25

Hva gjør vi når NOM øker og en optimalisert koagulering ikke lenger er nok: Ozon/GAC; IEX/MIEX; NF; koag+uf? ü Genomembran sluttrapport, SVU 2015; ü Vurdering av ulike metoder (Crafton et al 2014) ü Safe drinking water in a changing environment (PhD-Avhandling, A. Lidén, Lund Univ, 2016) ü Stockholm Vatten; Pilotforsøk med ionebytte mm (E. Lavonen, SVU-prosjekt 2016-2018) ü Hva hvis algeinnholdet også øker mer hydrofil NOM; T&O; toksiner; trykktap? (Pivokonsky 2015) ü Er Fe alltid litt mer effektiv enn Al, PAX for NOM-fjerning? (Gough et al 2014; Fabris et al 2012) Bedre Prosesstyring, diagnose av filtertilstand, aktiv bruk av trykkdata? ü On-line målinger: UV-scan; Zetapotensial; VLP; Dosemodeller-mENCo (Murshed et al 2014)? ü Hvordan analyserer vi filtertilstand - og gjør vi ikke noe før vi må? (Lopato et al 2012) ü ü Setter vi sammen filtersenger og støttelag på riktig måte? (NV Veiledning for koaguleringsanlegg) Hvorfor brukes ikke trykkdata i større grad for driftsoptimalisering? Design og drift ut fra et foreldet syn på koaguleringsmekanismene? ü Koagulering er en adsorpsjon til utfelt Al- eller Fe-hydroksid (Hussain et al 2013; Kastl et al 2004, 2008; Edwards 1997): Hvorfor ikke designe og drive prosessen som en adsorpsjonsprosess? Teknologi for et bedre samfunn 26

Hvordan kan/bør bruke vi vårt bruke forum vårt til forum å spretil å spre resultater og og erfaringer? ü Presentasjoner på de årlige møtene i koaguleringsforumet ü E-rom: Beskrivelse av erfaringer (på godt og vondt) fra vannverkene, samt utfordringer - som trenger en løsning ü E-rom: 4 årlige runder med omtale/beskrivelse av relevante tidsskriftartikler (Water Research, JAWWA, Water Supply, AQUA, Water & Health, m.fl)? BE: Faglig "overvåking" av koagulering/filtrering siden 1977 àflere hyllemeter med artikkelkopier, samt flere hundre artikler på elektronisk form fra 2006 ü E-rom: Populærvitenskapelige brukerinnlegg, vannblogger, etc? Teknologi for et bedre samfunn 27

VEDLEGG Teknologi for et bedre samfunn 28

VEDLEGG Guide til God & Sikker Drift Australia Teknologi for et bedre samfunn 29

Guide til God & Sikker Drift - AUS Teknologi for et bedre samfunn 30

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Koagulering Teknologi for et bedre samfunn 31

AUS-Guide til God & Sikker Drift: Koag Teknologi for et bedre samfunn 32

AUS-Guide til God & Sikker Drift: IKT Teknologi for et bedre samfunn 41

AUS-Guide til God & Sikker Drift: IKT Teknologi for et bedre samfunn 42