Ultrafilter för att säkra den framtida kvaliteten på dricksvattnet i Varberg

Transkript

1 Ultrafilter för att säkra den framtida kvaliteten på dricksvattnet i Varberg Alexander Keucken Forskning och innovation för säkert dricksvatten, Stockholm 29 november 2017

2 Från pilot till fullskalig UF anläggning

3 Bakgrund till ny beredningsprocess Krav på förstärkt mikrobiologisk barriärverkan Brunifiering av ytvattentäkt ökade humushalter och färgtal 03

4 Kvarnagården VV ny beredning (sedan ) Multipel barriärfunktion, effektiv NOM avskiljning Avskiljande barriär (Mikrobiologisk/NOM) Inaktiverande barriär (Mikrobiologisk) RÅVATTEN (St. Neden/RHK) SNABBFILTER (sand) UF MEMBRAN (med direktfällning) ALKALISERING UV AGGREGAT Ytvatten Turbin PAC CO ₂ Ca(OH) ₂ NH ₂ Cl UV/vis sensor Grundvatten LÅGRESERVOAR 1 UV/vis sensor UV/vis sensor LÅGRESERVOAR 2 LÅGRESERVOAR 3 NH ₂ Cl Distribution SNABBFILTER (reserv) NOM = Naturligt organiskt material

5 Ultrafiltermembran (UF) Två stegs process med direktfällning Matarvatten (Filtrat från snabb sandfilter) Lågreservoar 1 Två steg UF membranprocess Alkalisering/ Lågreservoar 2 ph justering Koagulanter (PAC) CO ₂ Ca(OH) ₂ NH ₂ Cl LR1 UF 1 LR2 UF 2 Processavlopp

6 Fullskaledesign: UF tvåstegs process (2) UF steg 1: Fyra processlinjer á 84 membranmoduler Totalt: 336 moduler Lediga platser för ytterligare moduler (12 stycken per linje) UF steg 2: Två processlinjer á 17 membranmoduler Totalt: 34 moduler Lediga platser för ytterligare moduler (3 stycken per linje) Max. kapacitet: 1080 m 3 /h ~ m3/d UF steg 1 och 2: 370 moduler (total membranyta: m 2, byggareal: ~350 m 2 )

7 Process specifikationer/scenarier Kapacitet 1080 m 3 /h NOM reduktion (UV 254 ) 50% Färgtal (permeat) 5 mg Pt./L Barriärverkan (protozoa) Log 6 Barriärverkan (virus) Log 4 Vattenutbyte (permeat) 99,0% Tillgänglighet 99,5% Elförbrukning 0,12 kwh/m 3 Byggareal ca 300m 2 Scenario Definition (råvattenkvalitet) Kapacitet Krav på mikrobiologisk barriärverkan Krav på NOM avskiljning Normal Medelkvalitet Design Ja, se ovan Ja, se ovan 99% A Sämstakvalitet Design Ja, se ovan Ja, se ovan 97,5% Krav på vattenutbyte B Sämsta kvalitet, ingen direktfällning tillgänglig 75% Design Ja, se ovan Nej 97,5%

8 Råvattenkvalitet: blandvatten (80% ±5% ytvatten /20% ±5% grundvatten) Parameter Enhet Medelkvalitet Sämsta kvalitet Temperature C 5.3 ± ± 0.5 ph (-) 7.6 ± ± 0.2 Turbidity (FTU) 0.4 ± ± 0.5 Hardness ºdH 1.8 ± ± 0.15 Alkalinity (mg HCO3 - L -1 ) 22.0 ± ± 3.0 COD (mg O2 L -1 ) 2.3 ± ± 0,5 TOC (mg C L -1 ) 2.9 ± ± 0.5 DOC (mg C L -1 ) 2.6 ± ± 0.5 UV254 (m -1 ) 9.58 ± ± 2.0 Pt-Co (mg Pt L -1 ) 14 ± ± 5.8 Conductivity (μs cm -1 ) 120 ± ± 6.0 Iron (mg Fe L -1 ) ± ± 0.1 Manganese (mg Mn L -1 ) ± ± 0.01

9 Processinställningar vid olika scenarier Parameter Scenario: Normal Scenario: A Scenario: B UF1 kapacitet 1,084 m 3 /h 1,092 m 3 /h 816 m 3 /h Genomsnittlig PAC-dos 0.6 mg/l 1.0 mg/l - Max PAC-dos 2.0 mg Al/l 2.0 mg Al/l - Filtreringsflux 64.5 LMH 69.5 LMH 56.5 LMH Filtreringsvolym 350 m3 190 m3 110 m3 BW räknare CEB 1 räknare CEB 1A kemikalier NaOCl, NaOH NaOCl, NaOH NaOCl, NaOH CEB 1B kemikalier - H2SO4 H2SO4 CEB 2A kemikalier H2SO4 - - CEB 2B kemikalier

10 Uppföljning av mikrobiologisk barriärverkan och NOM avskiljning Mikrobiologisk barriärverkan AIT (Airflow Integrity Test) On linemätare turbiditet On line partikelräknare VLP analyser NOM avskiljning On linemätare för färg och UVabsorbans Lab analyser (bulkparametrar, fluorescens och LC OCD)

11 UF hybrid process: in line koagulering (1) Skapa pin flocs of begränsad storlek Open cake structure på membranytan Förbättra membranprestandan (flux och fouling layer) Kritiska parametrar: God fördelning av koagulanter i matarvattnet (spädningsfaktor: 500, CoV: <0,050) Hög inblandningsenergi vid doserpunkten vid minimal kontakttid Ev. ph justering (beror på typ av koagulant)

12 UF hybrid process: in line koagulering (2) Matarvatten: UV 254 / TURB Permeat: UV 254 Börvärde (permeat): 3,4 3,7 m 1 Skyddsfunktion mot över /underdosering Dosering av koagulanter Framkoppling (matarvatten) Återkoppling (permeat)

13 Höstcirkulation 2017: dosering av koagulanter 013

14 NOM avskiljning: mars november 2017 NOM avskiljning ligger stadigt på drygt 50 % Al dosen är 0,6 0,7 mg/l 014

15 Resultat: NOM avskiljning (LC OCD) 6 5 Biopolymers Humics Building Blocks LMW Acids and HS LMW Neutrals 6 5 Biopolymers Humics Building Blocks LMW Acids and HS LMW Neutrals -- Organic Carbon Detection -- Organic Carbon Detection 4 4 rel. Signal Response 3 2 rel. Signal Response Raw water 22 NOV 2016 Permeate UF 22 NOV 2016 Outgoing water Kvarnagarden 22 NOV Retention Time in Minutes UF beredning UTAN direktfällning 1 0 Raw water 04 JAN 2017 Permeate UF 04 JAN 2017 Outgoing water Kvarnagarden 04 JAN Retention Time in Minutes UF beredning MED direktfällning

16 Membranprestanda: mars november 2017 Ingen direktfällning pga. igensättning av doserutrustning Minskning av flux Nytt tvättprotokoll 016

17 Resultat: mikrobiologisk barriärverkan 8,00 Viruslika partiklar 7,00 6,00 log/log reduktion 5,00 4,00 3,00 2,00 log sandfiltrat log permeat Log reduktion 1,00 0, Datum Mikrobiologisk barriärverkan uppfyller gott och väl kravet log reduktion 4 017

18 Barriärverkan: online? Partikelräknare (t.ex. Lighthouse, Brookhaven Instruments) 3D scanning med digitalt mikroskop över en flödescell (t.ex. BACMON, Grundfos) Automatiserad flödescytometer ( t.ex. BactoSense TCC, Sigrist Process Photometer) 018

19 Processtyrning och optimering Självlärande styrsystem som: efterliknar tankemönster av skickliga och välutbildade operatörer kontinuerlig utvärderar energiförbrukningen av pumpar och rådande driftförhållanden (flux, TMP, permeabilitet, frekvens och varaktighet av backspolningar, etc.) fokuserar med anpassade algoritmer på definierade driftskostnader i realtid beräknar fortlöpande dynamiska börvärden (offline: beslutstöd för driftpersonal) möjliggör återkommande prestandakontroller. Exempel: ODIN, Grundfos (intelligent pumpstyrning, PID controller, enkla modellbaserade algoritmer) INTELLIFLUX, Water Planet ( identifikation of sustainable flux förluster, optimering av tvättprotokoll för att bibehålla önskade fluxtal) 019

20 Mer information om UF projektet UR Skola (Sveriges Utbildningsradio): UR Samtiden Nationella dricksvattenkonferensen 2017 Fallning overultrafibermembran VIVAB:s hemsida: Disputation: Climate Change Adaption of Waterworks for Browning Surface Waters NF /UF Membrane Applications for Drinking Water Treatment /12 17, Lunds Universitet