Fullskaleutvärdering av expanderad lera som filtermaterial i snabbfilter i vattenverk

Transkript

1 Rapport Nr Fullskaleutvärdering av expanderad lera som filtermaterial i snabbfilter i vattenverk Susanna Öhman Stina Welander Sofia Andersson Svenskt Vatten Utveckling

2

3 Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten Utveckling (SVU) är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna. Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvudrubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvatten Management SVU styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Agneta Granberg, ordförande Daniel Hellström, sekreterare Henrik Aspegren Per Ericsson Stefan Johansson Henrik Kant Lena Ludvigsson-Olafsen Lisa Osterman Kenneth M. Persson Lars-Gunnar Reinius Bo Rutberg Lena Söderberg Göteborgs kommun Svenskt Vatten VASYD Norrvatten Skellefteå kommun Göteborg Vatten Smedjebackens kommun Örebro kommun Sydvatten Stockholm Vatten SKL Svenskt Vatten Författarna är ensamma ansvariga för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt. Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten AB Box Stockholm Tfn Fax svensktvatten@svensktvatten.se Svenskt Vatten AB är servicebolag till föreningen Svenskt Vatten.

4 Svenskt Vatten Utveckling Bibliografiska uppgifter för nr Rapportens titel: Title of the report: Fullskaleutvärdering av expanderad lera som filtermaterial i snabbfilter i vattenverk Full scale evaluation of alternative filter medium for single-medium, open Rapid filters Rapportnummer: Författare: Susanna Öhman, Stina Welander och Sofia Andersson, Sweco Projektnummer: Projektets namn: Projektets finansiering: Skillnader mellan traditionella sandfilter och alternativa filter med expanderad lera en energi- och vattenproduktionsstudie för två vattenverk Svenskt Vatten Utveckling, Umeå Vatten och Avfall AB, Sydvatten, Weber Saint-Gobain, Sweco Environment AB Rapportens omfattning Sidantal: 76 Format: A4 Sökord: Keywords: Sammandrag: Abstract: Målgrupper: Omslagsbild: Rapport: Snabbfilter, Filtralite, vattenverk, energi Rapid filter, Filtralite, water treatment plant, energy Studien har utrett om Filtralite (expanderad lera) kan ersätta sand i snabbfilter vid två svenska vattenverk, Forslunda och Ringsjöverket. Båda verken visade potential för vatten- och energibesparingar med Filtralite som medium. The study examined if Filtralite (expanded clay) can replace sand in rapid filters at two Swedish water treatment plants, Forslunda and Ringsjöverket. Both plants showed potential for water and energy savings with Filtralite as filter material. Dricksvattenproducenter med snabbfilter Snabbfilter vid Ringsjöverket. Foto: Stina Welander Finns att hämta hem som PDF-fil från Svenskt Vattens hemsida Utgivningsår: 2013 Utgivare: Svenskt Vatten AB Svenskt Vatten AB Layout: Charlotta Lindgren grafisk produktion.

5 Förord Denna rapport har tillkommit som ett samarbetsprojekt mellan Weber Saint-Gobain (tidigare Maxit), Umeå Vatten och Avfall (UMEVA), Sydvatten och Sweco Environment. Projektet har delfinansierats av Svenskt Vatten Utveckling. Syftet har varit att utreda filtermaterialet Filtralite med avseende på dess fördelar respektive nackdelar jämfört med filtersand i snabbsandfilter på svenska vattenverk. Vattenverken har, förutom arbetstid, också bidragit med kostnaden för samtliga utförda analyser. Sweco Environment har bidragit med interna teknikutvecklingspengar. Projektet har pågått under en längre tid och många personer har varit involverade. I Umeå har framför allt Daniel Fredlander, Jenny Bengtsson- Ölund och Maria Lindqvist medverkat. Vid Sydvatten har Britt-Marie Pott och Marianne Franke gjort de största insatserna. Från Sweco har Susanna Öhman, Stina Welander och Sofia Andersson arbetat med projektet. Susanna Öhman har varit projektansvarig på Sweco. Stort tack till samtliga medverkande och inte minst till driftpersonalen vid Forslunda och Ringsjöverket för utfört arbete. Stockholm i november 2012 Susanna Öhman, Stina Welander och Sofia Andersson 3

6 Innehåll Förord...3 Sammanfattning...6 Summary Inledning Syfte Bakgrund Vattenrening Snabbfilter Beskrivning av vattenverken Forslunda vattenverk Ringsjöverket Filtralite Egenskaper Användningsområden Filtralite i snabbfilter Material och metoder Forslunda vattenverk Ringsjöverket Analyser Resultat Forslunda vattenverk Siktkurvor sand och Filtralite på Forslunda vattenverk Backspolning expansion i bädden Backspolning frekvenser och gångtider Filtermotstånd Turbiditet Turbiditetstoppar i samband med backspolning Aluminium Järn Mangan Mikrobiologiska parametrar Kampanjprovtagning Spolvattenförbrukning Forslunda vattenverk Produktionsbortfall Forslunda vattenverk Energibesparingar Forslunda vattenverk Övriga iakttagelser Slutsatser Forslunda vattenverk

7 7 Resultat Ringsjöverket Siktkurvor för Filtralite på Ringsjöverket Backspolning expansion i bädden Turbiditet Turbiditetstoppar Turbiditet och filtermotstånd Backspolning frekvenser och gångtider Alganalys ph-värde och temperatur Järn Mikrobiella analyser Spolvattenförbrukning Ringsjöverket Produktionsbortfall Ringsjöverket Energibesparingar Ringsjöverket Övriga iakttagelser Slutsatser Ringsjöverket Diskussion Slutsats...63 Referenser...64 Bilagor A B Turbiditet i inkommande och utgående vatten, snabbfilter, Ringsjöverket...66 Turbiditet och differenstryck, snabbfilter, Ringsjöverket

8 Sammanfattning I denna rapport undersöks hur materialet Filtralite fungerar som filtermaterial i enmedia snabbfilter vid vattenrening vid svenska vattenverk. Filtralite består av expanderad lera och karaktäriseras av hög porositet och låg densitet. Syftet med studien är att undersöka huruvida dessa egenskaper kan bidra till energi- och/eller vattenbesparingar vid två vattenverk med olika karaktär. Försök har utförts i full skala på Forslunda Vattenverk, Umeå, i samarbete med UMEVA samt vid Ringsjöverket, Eslövs kommun, i samarbete med Sydvatten. Forslunda vattenverk använder grundvatten samt infiltrerat ytvatten som råvatten medan Ringsjöverket använder vatten från sjön Bolmen. Försöken har visat att besparingar är möjliga att göra, men hur stora de blir påverkas av de enskilda vattenverkens förutsättningar. Resultat från Forslunda vattenverk visar att införande av Filtralite istället för sand i snabbfiltren möjliggör vattenbesparingar och energivinster utan att försämra vattenkvaliteten på utgående dricksvatten. Om filtermaterialet skulle bytas i samtliga åtta nedströmsfilter blir besparingen cirka 2,6 MWh/år eller cirka 0,3 Wh/m 3 vatten. Eftersom spolning redan idag sker sällan utgör den totala energiförbrukningen från snabbfiltren, och därmed kostnaden för spolning, en väldigt lite del av den totala energiförbrukningen (ca 1 av den totala energiförbrukningen). Vid Forslunda vattenverk ger Filtralite minskade turbiditetstoppar efter backspolning och förlängda gångtider mellan backspolningarna. Vattenhastigheten vid backspolning är också lägre. Detta leder i kombination till minskad förbrukning av både vatten och energi. Vattenkvaliteten i utgående vatten från försöksfilter och referensfilter är likvärdig. Resultatet från Ringsjöverket indikerar att införandet av Filtralite istället för sand i snabbfiltren ökar möjligheten till energi- och vattenbesparingar. Gångtiderna kan förlängas från 24 h till 72 h utan att någon generell kvalitetsförsämring mellan backspolningarna kunnat påvisas. Åtgärden kräver dock en förbättrad backspolningskapacitet och/eller möjlighet till avledning av första filtrat. Samtliga filter vid Ringsjöverket uppvisar förhöjda turbiditetstoppar efter backspolning. Topparna efter försöksfiltret var högre än topparna vid referensfiltren. Detta indikerar att backspolningsförfarandet i försöken varit otillräckligt. För att inte äventyra utgående vattenkvalitet har begränsningar i anläggning och backspolningskapaciteter medfört att förlängda gångtider och förbättrad spolkapacitet inte kunnat prövas fullt ut. En generell slutsats från försöken är att backspolningssekvensen är mycket viktig för att garantera filtrets funktion över tid, oavsett vilket filtermaterial som används. Utan en optimerad spolsekvens blir filtret inte rent vilket påverkar både utgående vattenkvalitet och filtrets gångtider. Samtidigt förloras både vatten, energi och potentiell drifttid om backspolning pågår under längre tid än vad som är nödvändigt. Ur teknisk synvinkel är det endast lämpligt att byta ut sand mot Filtralite i snabbfilter för vattenrening då filtren är flexibelt konstruerade med möjlighet att optimera backspolning, gångtider, flöde etc. 6

9 Summary The study reported here evaluated the performance of the material Filtralite as filter material for single-media rapid filters at two Swedish water treatment plants. Filtralite is made up of expanded clay and is characterized by its high porosity and low density. The objective of the study was to investigate if these characteristics may contribute to energy and water savings at the plants. Full scale trials were performed at Forslunda water treatment plant in Umeå and Ringsjöverket in Eslöv, in cooperation with UMEVA and Sydvatten respectively. As a water source the plant in Umeå utilizes ground water and infiltrated river water while the plant in Eslöv utilizes water from Lake Bolmen. The study showed that savings could be made, but the amount of savings is dependent on the waterworks water quality, design and operational procedures. Results from Forslunda water treatment plant showed that the introduction of Filtralite, instead of sand as filter media in the rapid filters, enabled energy savings without compromising the quality of the treated water. If the filter material is replaced in all eight downstream filters, approximately 2.6 MWh/year or 0.3 Wh/m 3 can be saved. Today, the operation of the rapid filters includes long runtimes. Thus, the energy consumption and corresponding cost associated with backwash of rapid filters is very low compared to the total energy consumption (approximately 1 of the total energy consumption). At the Forslunda plant, Filtralite improves the operation of the rapid filters by lowering the peak turbidity after backwash and extending running times between backwashing. The backwash water velocity is also decreased. By extending runtimes and decreasing backwash water velocity, water and energy consumption decrease. The quality of the treated water is equally good for both Filtralite and sand. Results from Ringsjöverket indicate that the introduction of Filtralite instead of sand in the rapid filters increase the possibility to save water and energy. The runtimes can be increased from 24 to 72 hours with no general change in effluent water quality. This change will, however, require an improved backwash capacity and/or the possibility to drain off the first filtrate. All filters at Ringsjöverket showed high peaks in turbidity of the effluent water from the rapid filters after backwash, the Filtralite filter had higher values than the sand filters. This indicates that the backwash is not sufficient. Limitations in the flexibility of the treatment plant made it difficult to fully optimize the backwash sequences and runtimes, without compromising outgoing water quality. Conclusions from the study are that the backwash sequence is very important for the function and resilience of the rapid filters over time, regardless of filter material. The backwash sequence must be extensive enough to properly clean the filter material and ensure the effluent water quality but also restricted in order to limit energy and water consumption. From a technical point of view it is only suitable to replace sand with Filtralite in rapid filters for water treatment if the filters are constructed in a flexible manner with the possibility to optimize the backwash, run time, flows etc. 7

10 1 Inledning I Sverige produceras knappt miljoner m 3 dricksvatten varje år (Svenskt Vatten, 2009). Den största andelen produceras i kommunala vattenverk. Hälften av den kommunala vattenförsörjningen kommer från ytvatten, det vill säga sjöar eller andra vattendrag, och hälften från grundvatten. Ytvatten och grundvatten skiljer sig åt vad gäller halter och typer av föroreningar och behandlas på olika sätt i vattenverken. Syftet med all vattenrening är att reducera mängden mikroorganismer, kemikalier, metaller, organiskt material, färg och lukt. Producerat vatten måste hålla en hög kvalitet med avseende på hygien, hälsa, utseende, lukt och smak. Kvaliteten på dricksvatten som produceras i de kommunala verken är i regel hög men produktionen kräver relativt stora mängder energi. Sveriges vattenverk står för cirka 30 % av den totala energiförbrukningen i VA sektorn. Av vattenverkens totala energiförbrukning åtgår cirka 30 % till vattenreningen. Resterande 70 % används framför allt till att driva distributionspumpar, men även till uppvärmning, belysning, ventilation etc. (Svenskt Vatten, 2011a). Andelen energi som förbrukas till vattenreningen varierar naturligtvis mycket mellan vattenverk med en omfattande beredning och vattenverk med färre och enklare beredningssteg. Sverige är och har varit gynnade ur vattenförsörjningssynpunkt. I de scenarier för klimatförändringar som finns kommer Sverige även fortsättningsvis att vara gynnade ur vattenförsörjningssynpunkt, men i delar av Sverige finns risk för vattenbrist. Nederbörden kan i vissa delar av landet komma att minska med upp till 20 % sett över ett helt år. Risken för vattenbrist är störst under perioden juli september i ett stråk i höjd med Mälardalen och söderut. Även delar av norrlandskusten kan bli drabbat. Risken för torka ökar redan under perioden Vissa delar av Sverige har redan idag problem med vattenförsörjningen sommartid (Svenskt Vatten, 2007). Att minska förlusterna i alla led av vattenförsörjningen är ett sätt att tackla den minskade vattentillgången. Ett filtermaterial som kräver mindre vattenvolymer för backspolning är således en önskvärt i ett läge där så stor andel som möjligt av det tillgängliga vattnet ska distribueras till konsumenterna. Minskade backspolningsvolymer är också intressant för de vattenverk som idag har underkapacitet i filtersteget och drabbas av tillfälliga kapacitetsproblem i samband med backspolning. Med bakgrund av detta är det intressant att undersöka möjligheten att höja vattenproduktionen, minska backspolningsvolymerna och samtidigt minska energiförbrukningen i befintliga vattenverk genom att använda en ny typ av filtermaterial tillverkat av expanderad lera. Materialet har lägre densitet än filtersand vilket gör att en lägre backspolningshastighet bör kunna användas. Dessutom förväntas gångtiderna mellan backspolningarna vara längre eftersom materialet är poröst och har stor lagringskapacitet. Sammantaget bör detta ge en ökad vattenproduktion, minskad vattenförbrukning vid backspolning och/eller en minskad energiförbrukning. 8

11 Filterförsöken är genomförda i fullskala vid vattenverk i drift. Försöken har således genomförts med hänsyn till den dagliga driften och varje anläggnings specifika förutsättningar. Detta har medfört att vissa optimeringar, justeringar och scenarier inte kunnat genomföras fullt ut för att inte äventyra kvaliteten på det distribuerade dricksvattnet. Vid Forslunda vattenverk går en relativt liten del av energin till filtrering, men då de har haft ett internt energibesparingsmål och var i stånd att renovera sina filter ansågs Forslunda vattenverk ändå vara lämpliga som samarbetspartner i studien. Vid Ringsjöverket antogs besparingarna på förhand bli större eftersom de idag spolar sina filter mer frekvent än Forslunda vattenverk. 1.1 Syfte Det övergripande syftet med studien var att undersöka om filtermediet Filtralite kan ersätta sand i enmedia snabbfilter för dricksvattenproduktion med bibehållen eller förbättrad kvalitet på utgående vatten, minskad energiförbrukning samt ökad kapacitet per filterenhet. Specifika frågeställningar som undersökts inom ramen för detta projekt innefattar: Kan likvärdiga eller förbättrade värden på utgående turbiditet, halt av mikroorganismer samt kemiska föroreningar erhållas för Filtralite i jämförelse med sand? Ger Filtralite en långsammare uppbyggnad av filtermotståndet jämfört med sand och kan detta i så fall leda till minskat behov av backspolning med minskad energiförbrukning och minskat spolvattenflöde som resultat? Ger Filtralite minskad vatten- och energiförbrukning jämfört med sand vid backspolning på grund av (i) materialets låga densitet som förväntas kräva lägre flödeshastighet vid backspolning och (ii) likvärdig eller förkortad backspolningstid vid varje backspolning? 9

12 2 Bakgrund 2.1 Vattenrening Utformningen av en vattenreningsprocess beror till stor del på det ingående råvattnet. Ytvatten, det vill säga vatten som tas från sjöar eller andra vattendrag, är generellt sett mer förorenat än grundvatten och kräver därför en mer avancerad reningsprocess. Ytvatten har ofta högre halter av humus och bakterier än grundvatten och kvaliteten på vattnet varierar ofta med intagsplats, väder och årstid. Grundvatten däremot karakteriseras av låg och jämn temperatur, låg halt organiska ämnen och bättre mikrobiologisk kvalitet. I vissa fall kan grundvatten innehålla förhöjda halter av metaller, uran, pesticider, fluorid eller salt Ytvattenverk Ett ytvattenverk kan utformas på olika sett men i stora drag är processen ofta uppbyggd kring följande steg: (i) intag, (ii) silning, för avskiljning av större föremål, (iii) kemisk fällning, för flockulering av humus och partiklar till avskiljbar storlek, (iv) snabbfiltrering, för avskiljning av flockar och partiklar (v) långsamfiltrering, för biologisk nedbrytning av organiskt material och (vi) desinfektion (t.ex. UV-ljus eller klor), för att avdöda eventuella kvarvarande mikroorganismer. Utöver själva vattenreningen omhändertas det producerade slammet i en slamhantering eller leds till avloppsreningsverk Grundvattenverk Ett grundvattenverk består ofta av (i) pumpning från brunnen, (ii) luftning/oxidation, för att avlägsna eventuella gaser och oxidera löst järn till avskiljbara flockar av järnoxid, (iii) snabbfiltrering, för avskiljning av flockar och partiklar, (iv) justering av ph, alkalinitet och hårdhet till godkända värden och/eller desinfektion (t.ex. UV-ljus eller klor) för att avdöda mikroorganismer. Vid vissa anläggningar är vattnet av så god kvalitet att ingen behandling krävs Konstgjord infiltration Konstgjord infiltration är en teknik för att öka grundvattentillgången med hjälp av ytvatten. I gynnsamma fall krävs ingen förbehandling men många gånger används till exempel mikrosilning, snabbfiltrering eller kemisk fällning/filtering som förbehandling. Infiltration sker i grävda bassänger som fyllts med ett lager av cirka 1 m fin sand. Ytbelastningen över bassängerna är låg, cirka 0,1 0,2 m/h vilket kräver stora ytor. Vid infiltrationen reduceras partiklar, lösta organiska ämnen och mikroorganismer. 10

13 2.1.4 Gränsvärden enligt Livsmedelsverkets föreskrifter I tabell 2-1 redovisas de gränsvärden för renat dricksvatten som anges i Livsmedelsverkets föreskrifter (SLVFS 2001:30) för ett antal utvalda parametrar. Tabell 2-1 Gränsvärden (tjänligt med anmärkning för utgående dricksvatten) för ovan beskrivna parametrar (SLVFS 2001:30). Parameter Gränsvärde Enhet Turbiditet 0,5 FNU/NTU Färgtal 15 mg Pt/l COD Mn 1 4 mg/l UV-absorbans - - Aluminium 1 0,1 mg/l Snabbväxande bakterier CFU/ml Långsamväxande bakterier CFU/ml Koliformer <1 CFU/100 ml Mikrosvampar 100 CFU/100 ml 1 Tjänligt med anmärkning för dricksvatten hos användaren. 2.2 Snabbfilter Både ytvattenverk och grundvattenverk använder snabbfilter för att avskilja flockar och partiklar ur vattnet. De kan vara uppbyggda enligt lite olika principer. Mer information om snabbfilter finns exempelvis i Svenskt vattens publikation om Ytvatten (2011b) Parametrar för utvärdering av snabbfilter Det finns en mängd parametrar som är viktiga för driftskontroll av snabbfilter och övervakning av utgående vattenkvalitet. Vilka parametrar som bör analyseras beror på vad som ska undersökas och vilka föroreningar som finns i råvattnet. Ett urval av de parametrar som oftast utvärderas i en driftkontroll är beskrivna nedan: Ytbelastning över filtret mäts i meter per tidsenhet och beräknas utifrån det volymetriska flödet (m 3 /h) och filtrets area (m 2 ). Belastningar på 5 m/h (dvs. m 3 vatten per m 2 filteryta och timme, m 3 /m 2 h) är vanligt för snabbfilter i vattenreningsprocesser (Svenskt Vatten, 2011b). Differenstrycket över ett nedströms snabbfilter anger tryckskillnaden mellan vattennivån ovanför filterbädden i relation till en vattenpelare efter filtret. Tryckskillnaden benämns också filtermotstånd. Då filtret är i drift binder det flockar och partiklar vilket gör att det med tiden sätter igen, varvid tryckförlusten genom filtret ökar. Differenstrycket är en av parametrarna för styrning av backspolningsintervall. Backspolningen kan programmeras så att filterspolningen startar när differenstrycket uppnår ett visst förinställt värde. Turbiditet, eller grumlighet, är ett mått på mängden frisatt partikulärt material i ett prov. Principen för analysen är att mäta hur mycket ljus sprids, 11

14 bryts och absorberas av partiklarna i ett vätskeprov. Resultatet anges som förhållandet till spridningen i en referenslösning, vanligtvis formazine. Turbiditeten uttrycks i den relativa enheten FNU (Formazine Nephelometric Units) eller NTU (Nephelometric Turbidity Units). Låg turbiditet är önskvärt ur estetisk och mikrobiologisk synpunkt och vid många vattenverk strävas efter att hålla turbiditeten i utgående dricksvatten kring 0,1 FNU eller lägre. anger vattnets färg i jämförelse med en färgstandardlösning och säger egentligen inte något om vattnets kvalitet. Färg i råvatten orsakas oftast av humus, järn eller mangan. Färgtal uttrycks som mg Pt/l (milligram platina per liter) och i Svenska vattendrag är ett värde på mg Pt/l normalt, men värden upp till omkring 300 Pt/l förekommer. Mängden organiskt material i vattnet mäts ofta med någon indirekt metod antingen COD (Chemical Oxygen Demand) eller absorbans av UV-ljus. Organiskt material i vattnet består till största delen av humus och kan ge vattnet lukt, smak och färg. Genom att mäta mängden absorberat UV-ljus av en viss våglängd, vanligtvis 254 nm, fås ett indirekt värde på mängden humus i vattnet (Stenström & Szewzyk, 2004). Metaller som till exempel järn, mangan, arsenik och aluminium analyseras för att säkerställa att halterna i utgående vatten inte ska vara skadliga för hälsa eller orsaka obehag (lukt, smak). Vilka metaller som analyseras beror på de metaller som påvisats i råvattnet vilket i sin tur beror på de geologiska förhållandena vid vattentäkten. Om snabbfiltret ska avskilja material som flockats med hjälp av metallsalt analyseras också den tillsatta metallen (vanligen järn eller aluminium) för att kontrollera processen med avseende på dosering och avskiljning. Bakterier i vatten analyseras som CFU (Colony Forming Units) per volymsenhet vilket är ett mått på antalet vitala bakterier i provet. Bakteriehalten mäts genom att prover odlas på näringsagarplattor varvid enskilda bakterier ger upphov till kolonier som är synliga med blotta ögat. Analysen omfattar enbart heterotrofa, aeroba bakterier. Alla heterotrofa, aeroba bakterier kan dock inte växa på näringsagarplattor i laboratoriemiljö vilket innebär att analysen ska användas för att ge en indikation på bakteriell förekomst, inte ett absolut värde. Snabbväxande bakterier innefattar de bakterier som ger upphov till en synlig koloni efter 3 dagars tillväxt. Långsamväxande bakterier innefattar alla de bakterier som ger upphov till synliga kolonier efter 7 dagars tillväxt. Långsamväxande bakterier inkluderar därmed snabbväxande bakterier och värdet för långsamväxande bakterier är alltid större än värdet för snabbväxande bakterier. Mikroalger som finns naturligt i stora mängder i ytvatten kan analyseras med en typ av partikelmätare, flödescyklometer. Instrumentet kan räkna och storleksbestämma partiklar i olika intervall. Resultatet presenteras i antal per milliliter. Genom att analysera mikroalger av vissa storlekar på olika ställen i vattenberedningen fås ett indirekt mått på avskiljningen även av andra partiklar i samma storlek. Två i Sverige förekommande parasiter som kan orsaka vattenburen smitta är Giardia och Cryptosporidium. Dessa parasiter förekommer i låga koncentrationer i råvattnet och kan därför vara svåra att analysera. Genom att mäta mikroalger i samma storleksintervall som parasiterna ges ett mått 12

15 på olika beredningsstegens förmåga att avskilja parasiterna. Giarida kan förekomma i intervallet 8 µm 15 µm och Cryptosporidium kan förkomma i storlekar mellan 2 µm 7 µm. Totala och Fekala koliformer är indikatororganismer för fekal kontaminering, vilket i sin tur innebär ökad risk för sjukdomsspridning. Totala koliformer tillväxer vid 35 C medan fekala koliformer selekteras genom odling vid 44 C. Mikrosvampar avser summan av mögel- och jästsvampar. Mögel ger upphov till lukt- och smakproblem samt mer sällan reaktioner på grund av mögeltoxiner. Jästsvamp är generellt ofarligt för hälsan men kan orsaka tekniska problem Princip för filtrering Filtreringen i sandfilter sker vanligen uppifrån och nedåt genom ett filtermaterial, så kallad nedströmsfiltrering, bestående av cirka en meter sand. Filter med motsatt strömningsriktning, så kallade uppströmsfilter, förekommer också. Filtret renspolas genom att sandbädden lyfts och tvättas rent med ett spolvattenflöde underifrån, se principskiss i figur 2-1. Tillopp Spolavlopp Filterbädd Filtrat Filterbotten Filtrering Spolning Spolvatten Figur 2-1 Principskiss för snabbfilter (Svenskt Vatten, 2011b). Snabbfiltren belastas vanligen med en filterhastighet kring 5 m/h. Ju högre ytbelastningen är desto mer ökar filtermotståndet, antal backspolningar samt risken för filtergenombrott. Vid ett filtergenombrott kan partiklar tränga igenom filtret och följa med filtratet Partikelavskiljning, filtermotstånd och filtrets gångtid Partiklarna i filtermaterialet är alltid täckta av en biofilm som utvecklas under den normala driften (Stenström & Szewzyk, 2004). Genom att partiklar fastnar i filtrets porvolym, adsorberas på filtermaterialets ytor eller binder till biofilmen kan partiklar som är betydligt mindre i storlek än porerna i materialet avskiljas. Ju grövre kornstorleken på filtermaterialet är, desto fler av partiklarna kan tränga in och fastna djupt i filtret. Detta innebär att gångtiden på filtret kan förlängas mellan spolningarna. Om inträngningsdjupet ökar kan bäddhöjden behöva ökas. 13

16 Filtermotstånd Figur 2-2 Filtermotstånd vid filter i drift. Om inget flöde sker över filtret kommer nivån i vattenståndsröret att vara lika högt som vattennivån ovanför filtermaterialet (Svenskt Vatten, 2011b). Allt eftersom partiklar fastläggs och filtret täpps igen kommer filtermotståndet i filtret att öka och vattennivån ovanför filtermaterialet att stiga, se figur 2-2. Gångtiden mellan spolningarna kan variera från några timmar till uppemot en vecka eller längre, beroende på igensättningsgraden av filtret. Ibland spolas också filtren innan de är igensatta för att förebygga mikrobiell tillväxt eller lukt- och smakförändringar. Filtrets gångtid mellan spolningarna begränsas av filtermotståndet och filtratets halt av suspenderade ämnen samt filtrets slamlagringskapacitet. När bädden är mättad på suspenderat material kommer filtratets halt av suspenderade ämnen att stiga, se figur 2-3. I vattenverk mäts den suspenderade mängden substans som turbiditet. Turbiditet över gränsvärdet indikerar att beredningen inte fungerar tillfredsställande då en ökning av turbiditeten kan vara en risk för mikrobiell smitta. Livsmedelsverket ställer krav på mätning och larm för turbiditet för ytvattenanläggningar utrustade med filter för att avskilja turbiditet. Gränsvärde för bedömningen tjänligt med anmärkning är 0,5 FNU i utgående dricksvatten enligt Livsmedelsverkets föreskrifter (SLVFS 2001:30). Då risken för mikrobiologisk smitta ökar vid turbiditet över 0,1 FNU strävar många svenska vattenverk efter att underskrida detta värde. Turbiditet FNU 4 Filtermotstånd m 3 Gränsvärde enligt SLVFS 2001: Filtermotstånd Turbiditet Gångtid, h Figur 2-3 Turbiditet och filtermotstånd som funktion av gångtiden (Svenskt Vatten, 2011b). 14

17 För att undvika förhöjd turbiditet i utgående dricksvatten leds vattnet ofta till avlopp de första minuterna efter backspolningen, så kallat första filtrat Enmedia-/flermediafilter Filter kan utföras som enmedia- eller flermediafilter. I ett enmediafilter används ett enhetligt filtermatierial, vanligen sand. För att minska spolvattenmängden kan material med lägre densitet användas. I ett konventionellt enmediafilter sker den mesta avsättningen i filtrets översta lager. För att öka mängden suspenderat material som kan ackumuleras har filter utvecklats där filterbädden har lager med olika kornstorlekar. Dessa kallas flermediafilter. De övre lagren har då grövre kornstorlek än underliggande lager. Filtermaterialet i de övre skikten måste ha en lägre sjunkhastighet än de lägre lagren för att materialen ska gå att sortera i slutfasen av varje backspolning Kornstorleksfördelning i filtersand I snabbfilter används oftast snabbfiltersand med en bestämd kornstorleksfördelning. Finkornig sand avskiljer partiklar bättre än grovkornig sand medan filtret måste renspolas oftare med finkornig sand. För att definiera kornstorleksfördelningen används en siktkurva samt storheterna d 10, d 60 och d 60 :d 10 där: d 10 = effektiv kornstorlek, mätt i mm, som representerar den maskvidd som släpper igenom 10 viktsprocent av sanden. d 60 = den maskvidd som släpper igenom 60 viktsprocent av sanden. d 60 :d 10 = olikformighetstal. För snabbfilter används vanligen sand med d 10 =0,85 ± 0,05 mm med olikformighetstal max 1,5. För denna typ av sand är det önskvärt att max 1 % av sanden är större än 2 mm respektive mindre än 0,5 mm. I figur 2-4 nedan visas en typisk siktkurva för snabbfiltersand. Halt av korn & d US. standardsiktar, fri maskvidd mm Vikt SV. standardsiktar, % 0,075 0,125 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 fri maskvidd mm d 10 d 60 Kornstorlek d mm Grovmo Mellansand Grovsand Fingrus Grovgrus 0,074 0,088 0,105 0, ,15 0,18 0,21 0, ,50 0,59 0,71 0,84 1,00 0,30 0,25 0, ,19 1,41 1,68 2, ,38 2,83 3,36 4,00 4,76 US. nr Figur 2-4 Siktkurva för snabbfiltersand. Effektiv kornstorlek d 10 = 0,87, d 60 = 1,12. Olikformighetstal d 60 :d 10 = 1,29 (Svenskt Vatten, 2011b). 15

18 2.2.6 Backspolningsprinciper Filterspolning sker vanligen per automatik. Backspolningsprocessen startas upp efter någon av följande principer: Efter en bestämd drifttid. Efter en bestämd filtrerad vattenmängd. När turbiditeten uppnår ett högsta förinställt värde. Vid ett visst uppnått filtermotstånd (kan mätas som filtermotstånd, tryckfall eller vattenytans nivå i filtret). Minskat flöde (kan mätas som ett faktiskt flöde eller en reglerventil på filtrets utlopp som uppnår en viss förinställd öppningsvinkel). Vanligen kombineras flera principer och det villkor som först uppnås startar backspolningen. Spolningen sker med ett kraftigt spolvattenflöde underifrån, med eller utan luft. Normalt sett bör bädden expandera cirka 30 % för att sandkornen ska komma i rörelse och skrubbas mot varandra. Om spolhastigheten är alltför hög kommer sanden att följa med spolvattnet. Vilken spolvattenhastighet som behövs varierar med filtermaterialets densitet och vattentemperaturen. Ett sandfilter som spolas helt utan luft kräver normalt ett spolvattenflöde som är cirka 50 m/h i cirka 5 10 minuter tills vattnet är fritt från partiklar. Porösa filtermaterial kräver vanligtvis cirka halva spolvattenhastigheten. En ännu bättre reningseffekt kan uppnås om man förutom backspolningen även har en ytspolning. Ett antal spritsmunstycken får då bearbeta filterbäddens övre skikt, där mycket av det avsatta materialet fastläggs, med kraftiga vattenstrålar. Vattnets viskositet varierar med temperaturen. Därför ökar spolvattenbehovet med ökande vattentemperatur. I nedanstående figurer, 2-5 och 2-6, visas riktvärden för spolvattenbehovet med snabbfiltersand vid olika temperaturer. Spolning kan även ske med kombination av luft och vatten underifrån vilket gör att vattenflödeshastigheten kan sänkas jämfört med backspolning med enbart vatten. I första delen av spolcykeln sker en kraftig luftinblandning för att frigöra slam från filterkornen och slammet förs bort med en d 10 mm 10 C Expansion procent C , m 3 /m 2.h Spolvatten m 3 /m 2.h Figur 2-5 Spolvattenbehovet för 30 % expansion (Svenskt Vatten, 2011b). Figur 2-6 Expansion med sand med d 10 = 0,85 mm (Svenskt Vatten, 2011b). 16

19 låg spolhastighet. Sandkornen vibrerar så att slammet frigörs från slamkornen och kornen virvlar inte runt i samma utsträckning som vid vattenspolning. Filtret expanderar heller inte i samma utsträckning som vid enbart vattenspolning. Spolcykeln avslutas med att lufttillförseln avbryts och en avslutande kraftigare vattenspolning för bort luftblåsor och lösgjort material från bädden. Efter spolning av sandfilter uppkommer ofta en hög turbiditetstopp och därför skickas första filtrat ofta till avlopp istället för att gå i produktion. I tabell 2-2 nedan visas generella riktvärden för luft- och spolvattenmängder vid spolning av sandfilter med luft i den inledande fasen. (Svenskt Vatten, 2011b). Tider och flöden varierar och optimeras olika från anläggning till anläggning beroende på lokala förutsättningar samt densiteten på filtermaterialet. Tabell 2-2 Generella riktvärden för luft och spolvattenmängder vid spolning av sandfilter. Luft (m/h) Vatten (m/h) Tid (min) Fas Fas

20 3 Beskrivning av vattenverken Forslunda vattenverk renar vatten med grundvattenkvalitet medan Ringsjöverket renar ytvatten. De två vattenverken har därför olika processutformning. De två verken, deras råvatten och driftsparametrar finns beskrivna i kapitel 3.1 och 3.2 nedan. 3.1 Forslunda vattenverk Forslunda vattenverk producerar vatten till cirka personer i Umeå. Varje år produceras nästan 9 miljoner m 3 vatten, vilket motsvarar cirka 270 l/s. Reningsprocess. Vatten från Ume älv pumpas upp till infiltrationsbassänger på Vindelälvsåsen, i närheten av vattenverket. Vattnet filtreras genom åsmaterialet och blandas med naturligt grundvatten, så kallad konstgjord grundvattenbildning. Vattnet pumpas sedan upp ur grusåsen med hjälp av 20 grusfilterbrunnar och leds till vattenverket för fortsatt beredning innan det distribueras till konsumenterna. Processen beskrivs schematiskt i figur 3-1. Vattenverket är uppdelat i tre filtergrupper med vardera fyra linjer med sandfilter och alkaliska filter. Filtergrupp 1 byggdes 1970 och består av uppströms sandfilter och nedströms alkaliska filter. Filtergrupp 2 och 3 har endast nedströmsfilter och byggdes ursprungligen Denna del renoverades under Inkommande råvatten från brunnsområdet delas på tre linjer och luftas vid respektive filtergrupp genom att det förs med hög kraft mot en vägg, innan det leds vidare mot filtren. I sandfiltren fastnar det oxiderade järnet och en del mangan. Vattnet leds sedan till alkaliska filter med kalciumkarbonat för ph-justering och hårdhetshöjning. Spolvattnet går ut i en damm intill vattenverket. Då inga fällningskemikalier används vidtas inga vidare åtgärder för att ta hand om spolvattnet. Vattnet desinficeras inte. Utgående vatten uppfyller livsmedelsverkets gränsvärden vid samtliga analystillfällen. Figur 3-1 Schematisk beskrivning av processen för dricksvattenproduktion på Forslunda vattenverk. Illustration: Eva Jonsson. 18

21 3.1.1 Vattenkvalitet Sammansättningen på inkommande råvatten från grundvattenbrunnarna och utgående dricksvatten från Forslunda vattenverk är sammanställt i tabell 3-1 nedan. Tabell 3-1 Vattenkvalitet i råvatten och dricksvatten producerat i Forslunda vattenverk. Värden för brunnsvattnet kommer från analyser tagna under projekttiden (september 2009 mars 2010). Siffrorna för utgående vatten är från UMEVA:s interna uppföljning från Värden lägre än detektionsgränsen har vid beräkning av medelvärde antagits vara detsamma som detektionsgränsen (<0,01 = 0,01) Parameter Brunnsvatten Utgående, Forslunda vattenverk Färg (mg Pt/l) 11,7 <5 Turbiditet (FNU) 1,56 0,14 1 Organiskt material COD (mg/) <1 <1 ph 6,2 8,3 Alkalinitet (mg HCO 3 /l) 9,8 60 Järn (mg Fe/l) 0,68 0,017 2 Mangan (mg/l) 0,018 0,005 Hårdhet dh 1,3 3,8 Mikrobiologiska parametrar (koliformer och E. coli) 3 <1 <1 1 Vid 5 av 23 provtagningstillfällen var turbiditeten lägre än detektionsgränsen 0,1 FNU. 2 Vid 12 av 22 provtagningstillfällen var järnhalten lägre än detektionsgränsen 0,01 mg/l. 3 Mikrobiologiska prover togs i råvattnet vid 9 tillfällen och på utgående dricksvatten 17 gånger. Energiåtgång och driftskostnader. Driftskostnader för Forslunda vattenverk uppgick år 2010 till 6,3 miljoner kronor vilket motsvarar 0,7 kr/m 3 (personalkostnader ej inkluderade). Den totala elförbrukningen vid vattenverket, inklusive distributionspumpning, uppgick 2008 till MWh eller 465 Wh/m 3 (Lindelöf, 2012)Blåsmaskinen som används vid backspolning har en effekt om cirka 56 kw och spolvattenpumpens effekt är 30 kw. Spolvattenpumpen är frekvensstyrd. Snabbfilter. Forslunda vattenverk har totalt sett 8 snabbfilter i drift av den typen som använts i filterförsöket. Snabbfiltren är enmedia, nedströmsfilter med egenskaper enligt tabell 3-2 nedan. Tabell 3-2 Specifikation av snabbfilter på Forslundaverket. Alla värden är angivna per filter. Parameter Standard/Medel Filtermaterial Sand Kornstorlek filtermaterial (mm) 1,2 2,0 Densitet filtermaterial (kg/m 3 ) 1,622 Filterarea per filter (m 2 ) 16,2 Filterbäddhöjd (m) 1,35 Expansion i filterbädd i samband med 0,5/37 backspoling (m)/ % Dystäthet filterbotten 80 st/m 2 Byggmaterial Filterplattor i betong, på balkar av syrafast stål Flöde (l/s) 22,2 (max 34,7) Ytbelastning (m/h) 4,9 (max 7,7) Styrfunktion backspolning Flödet 19

22 Backspolningen av snabbfiltren styrs av flödet. Efter varje filter finns en reglerventil som styrs mot ett förinställt flöde. När filtermotståndet ökar så mycket att inte tillräcklig mängd vatten passerar filtret spolas filtret. Detta sker normalt med cirka 4 dagars mellanrum. Backspolningssekvensen är specificerad i tabell 3-3 nedan. Första filtratet avleds inte efter backspolning. Figur 3-2 visar dysbotten innan filtret fyllts med sand/filtralite respektive en dysa i närbild. Tabell 3-3 Backspolningssekvens för snabbfiltren på Forslunda vattenverk vid normaldrift. Spolvattenflöde (m 3 /h) Spolvattenhastighet (m/h) Luftflöde (l/s) Lufthastighet (m/h) Tid (s) Luft ,8 180 Vatten + luft , ,8 180 Vatten ,6 260 A Figur 3-2 B Dysor i filterbotten på snabbfiltern i Forslunda vattenverk. a) dysorna på plats i filterbotten, b) enskild dysa. 3.2 Ringsjöverket Ringsjöverket ligger i Stehag i Eslövs kommun i Skåne och producerar l dricksvatten/s (maxkapacitet l/s). Tillsammans med Vombverket producerar Ringsjöverket dricksvatten till 10 skånska kommuner. Vattentäkt är sjön Bolmen. Från Bolmen transporteras vattnet genom en 80 km lång tunnel till Ringsjöverket. Ringsjön används idag endast som reservvattentäkt. Reningsprocess. En schematisk bild av processutformningen vid Ringsjöverket kan ses i figur 3-3. Inkommande råvatten fördelas på två block med fyra separata linjer vardera. Järnklorid används som fällningskemikalie och ph justeras till 5,1 med svavelsyra eller natriumhydroxid för maximal effekt. Inkommande föroreningar flockas i flockningskammare med grindoch propelleromrörare i sekvens (6 9 bassänger i serie) och avskiljs i lamellsedimenteringsbassänger innan vattnet leds med självfall via rännor till åtta snabbfilter per block. Innan snabbfiltreringen justeras ph och alkaliniteten höjs genom tillsats av kalkvatten. Efter snabbfiltren tillsätts ytterligare kalkvatten innan vattnet pumpas till totalt 16 stycken långsamfilter. Därefter kloreras det producerade dricksvattnet med natriumhypoklorit och skickas ut på ledningsnätet via två vattenreservoarer. Spolvattnet från snabbfiltren i respektive block samlas i två olika spolvattenreservoarer och återförs till inkommande råvatten i respektive block. 20

23 Järnklorid Flockningsbassänger Lamellsedimentering Snabbfilter Långsamfilter Högtryckspumpar Från Bolmen Slam Figur 3-3 Processchema för Ringsjöverket. (Källa: Sydvatten.) I Block 1 återförs spolvattnet antingen till råvattnet som går till linje 1 2 eller till linje 3 4. I Block 2 återförs spolvattnet till en gemensam råvattenledning som går till linje 5 8. Vattenkvalitet. Sammansättningen på inkommande råvatten från sjön Bolmen och utgående dricksvatten från Ringsjöverket är sammanställt i tabell 3-4 nedan. Vid samtliga jämförelser har data från Sydvatten AB produktionsrapport 2008 använts eftersom råvattnet då, liksom under försöken som redovisas i denna rapport, togs ut sjön Bolmen. Under 2010 och 2011 användes reservvattentäkten Ringsjön varvid värden från dessa perioder inte kan anses jämförbara med försöksperioden. Tabell 3-4 Vattenkvalitet i råvatten från sjön Bolmen och dricksvatten producerat i Ringsjöverket. Siffrorna (medianvärden) är hämtade från Sydvatten AB produktionsrapport Parameter Råvatten, Bolmen Utgående, Ringsjöverket Färg (mg Pt/l) 87,7 <5 Turbiditet (FNU) 1,3 <0,1 Organiskt material COD (mg/l) 11,5 2,2 Totalt organiskt kol TOC (mg/l) 10,9 i.u ph 7,0 8,2 Alkalinitet (mg HCO 3 /l) 8,1 44 Aluminium (mg Al/l) 0,06 <0,008 Järn (mg Fe/l) - <0,02 Mikroorganismer - Tjänligt Under 2008 analyserades bakterier i utgående vatten från Ringsjöverket vid 53 tillfällen. Utav dessa var vattnet tjänligt vid samtliga tillfällen (Sydvatten, 2008). Mikrosvampar analyserades hos brukaren vid 9 tillfällen under 2008 och vattnet fanns tjänligt vid samtliga analyser. Energiåtgång och driftskostnader. Driftskostnader för Ringsjöverket uppgick år 2008 till 37,52 miljoner kr vilket motsvarar 0,94 kr/m 3. Den totala elförbrukningen uppgick samma år till MWh eller 248 Wh/m 3 (Sydvatten, 2010). De blåsmaskiner och spolvattenpumpar som används vid backspolning av snabbfiltren har en effekt på 55 kw vardera. Snabbfilter. Ringsjöverket har totalt sett 16 snabbfilter i drift. Snabbfiltren är enmedia, nedströmsfilter, se tabell 3-5 för mer detaljerad specifikation. 21

24 Tabell 3-5 Specifikation av snabbfilter på Ringsjöverket. Alla värden är angivna per filter. Parameter Standard/medel Filtermaterial Sand Filterarea (m 2 ) 85 Filterbäddhöjd (m) 1 Expansion i filterbädd i samband med backspoling (m)/% 0,1/10 Dystäthet filterbotten (st./m 2 ) 63 Byggmaterial Betong Flöde (l/s) 86 (max 126) Belastning (m/h) 3,6 Styrfunktion backspolning Tid Backspolningen av snabbfilter är tidsstyrd och spolning sker var 24:e h vid normal drift. Differenstrycket är inte begränsande för backspolningen. Gångtiden mellan backspolningar är vald på basis av erfarenhet för att förhindra förhöjda halter av mikroorganismer i utgående vatten. Vid längre gångtider har oacceptabla bakteriehalter observerats. Backspolningssekvensen är specificerad i tabell 3-6 nedan. Första filtratet avleds inte efter backspolning. Tabell 3-6 Backspolningssekvens för snabbfiltren på Ringsjöverket vid normaldrift. Spolvattenflöde (m 3 /h) Spolhastighet (m/h) Luftflöde (l/s) Lufthastighet (m/h) Tid (s) Vatten 150 6,3 60 Vatten + luft 100 4, Vatten Ytavspolning 80 3,4 Hela spoltiden 22

25 4 Filtralite 4.1 Egenskaper Filtralite är ett registrerat varumärke som omfattar LECA-material (expanderad lera/lightweight expanded clay aggregate) tillverkat av Saint-Gobain Weber i Norge för användning bland annat som filtermaterial i vatten- och avloppsrening. Filtralite är ett poröst, kemiskt inert, keramiskt material omslutet av en tät yta som tillverkas genom att bränna lera vid temperaturer upp till C. När det organiska materialet i leran förbränns bildas gaser som ger upphov till den porösa strukturen. Filtralite material med olika egenskaper i fråga om porositet, densitet och kornstorlek kan tillverkas enligt önskemål. Porositeten definieras med hjälp av densiteten och Filtralite finns idag att tillgå inom spannet kg/m 3, vilket motsvarar en bulkdensitet på kg/m 3. För att utnyttja den stora specifika arean (area per volymenhet) krossas Filtralite kulorna innan det används som filtermaterial (Saint-Gobain, 2010). Kemiskt består LECA material till största delen av kiseloxid (SiO 2 ) och aluminiumoxid (Al 2 O 3 ). Materialet är kemiskt inert vilket innebär att metaller, som aluminium, inte lakas ur under normala betingelser. LECA har goda mekaniska egenskaper såsom hög slittålighet, styvhet och hårdhet. Enligt studier som utförts på materialet klarar det belastningar på upp till 10 ton/m 2 utan att deformeras eller gå sönder. 4.2 Användningsområden Filtralite används idag i både mekaniska och biologiska processer för vattenrening, avloppsrening, förbehandling vid avsaltning samt on-site rening. Inom vattenrening används Filtralite som en- eller tvåmedia filtermaterial i snabbfilter eller som biofilmsbärare i biologiska filter eller andra biofilmsprocesser. Ett flertal oberoende studier har visat att Filtralite lämpar sig väl för användning som bärarmaterial för biofilm i olika typer av reningssystem för vattenrening. Melin och Ødegaard presenterade redan 1999 resultat som visade att ozon kombinerat med ett Filtralite biofilter på ett effektivt sätt bryter ner och avlägsnar humusämnen i vatten. Persson m.fl. (2006) visade att Filtralite gav goda resultat som bärarmaterial för denitrifierande biofilm vid rening av nitrathaltigt råvatten. Forskare från Chalmers, SMI, University of Massachusetts och CMB Microbiology visade att Filtralite gav resultat likvärdiga med aktiverat granulärt kol vid avskiljning av partiklar av mikroorganismstorlek från ytvatten med hjälp av biofilter (Persson, m.fl., 2005). 23

26 4.3 Filtralite i snabbfilter Användning av Filtralite i enmedia och tvåmedia snabbfilter i pilot- och fullskala finns dokumenterat i vetenskapliga publikationer samt på Filtralites hemsida ( 2012). Enligt producenten kan Filtralite med fördel användas i både enmedia- och tvåmediafilter. I tvåmediafilter används Filtralite med olika densitet/kornstorlek eller Filtralite tillsammans med sand. Den höga porstorleken hos Filtralite ger teoretiskt lägre initialt differenstryck över filtret, långsammare uppbyggnad av filtermotståndet och större kapacitet att lagra partiklar och molekyler vilket leder till längre gångtider innan snabbfiltren måste backspolas. Den låga densiteten gör att lägre flödeshastigheter potentiellt kan användas vid backspolning. Resultatet av detta är en möjlighet till lägre vatten- och energiförbrukning vilket medför lägre driftskostnader för snabbfiltren. Enligt producenten kan gångtiden mellan backspolningar teoretiskt förlängas med upp till 500 % genom att ersätta sand med Filtralite i enmedia snabbfilter (Filtralite broschyr, 2010). I filter som redan drivs med låg backspolningsflödeshastighet resulterar ett byte av filtermaterial från sand till Filtralite i renare filter. Befintliga snabbfilter för vattenrening med Filtralite som filtermedium belastas idag med en ytbelastning på m/h beroende på filterkonfiguration, reningsprocess och råvattenkvalitet (Saint-Gobain, 2010). Enmediafilter. Sluvad Water Treatment Works i Wales, Storbritannien är ett exempel på vattenverk i fullskala där sand ersatts med Filtralite i enmedia snabbfilter. Under byttes sanden (14/25, 0,6 1,18 mm) ut mot krossad Filtralite med densitet kg/m 3 (bulkdensitet 300 kg/m 3 ) och kornstorlek 0,8 1,6 mm. Detta resulterade i långsammare uppbyggnad av filtermotståndet, se figur 4-1, med effekten att gångtiden mellan backspolningar kunde ökas från 40 till 120 h med bibehållen kvalitet på utgående vatten. Den minskade filtermaterialdensiteten ledde till minskad vattenåtgång (volym) per backspolningstillfälle (Christensson, 2012). Steele m.fl. (2007) studerade även potentialen hos Filtralite i enmediafilter i fullskala. Referensfilter med sand backspolades var 6 15:e h på Filter headloss Vs run time Headloss/m Filter 1 Filter 3 Filter 5 Filter 7 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Run time/hrs Figur 4-1 Differenstryck över snabbfilter vid Sluvad Water Treatment Works som funktion av tiden. Filtermaterialet är sand i filter 1 och Filtralite i filter 3, 5, 7 (Christensson, 2012). 24

27 grund av differenstrycket över filtret medan Filtralite filtret backspolades var 27 30:e h.båda filtermaterialen minskade turbiditeten och klorofyllhalten i lika hög grad under försöken. Vid mikroskopering av filtermaterialet observerades en betydligt högre tillväxt av biofilm på Filtralite-ytorna jämfört med referensen. Genom att byta ut sand mot Filtralite beräknades kostnadsbesparingar på per filter och år kunna åstadkommas. Tvåmediafilter. Filtralite används ofta i tvåmediafilter, där två typer av filtermaterial med olika densitet och/eller kornstorlek används. Vid avsaltning med membranprocesser där det är essentiellt att inkommande vatten innehåller låga halter partiklar och organiskt material för att undvika biofilmsbildning på membranytan, har Filtralite visat goda resultat. Mycket forskning har bedrivits för ett hitta adekvata metoder för förbehandling av havsvatten och Mitrouli m.fl. (2008, 2009) har i ett flertal artiklar visat hur Filtralite kan användas som filtermaterial i tvåmedia snabbfilter för behandling av flockulerat havsvatten innan avsaltning via omvänd osmos. Snabbfilter med Filtralite HC 0,8 1,6 (krossat material, kornstorlek 0,8 1,6 mm, partikeldensitet kg/m 3 ) och NC 1,5 2,5 (krossat material, kornstorlek 1,5 2,5 mm, partikeldensitet 720 kg/m 3 ) som filtermaterial gav lika hög partikelavskiljning och låg membranigensättning som kombinationen sand/ antracit. I filtren med Filtralite byggdes filtermotståndet upp långsammare över filtret vilket gav längre gångtider (Mitrouli m.fl., 2008, 2009). Filtralite i tvåmediafilter har även visat sig användbart för rening av humusämnen från råvatten vid dricksvattenproduktion. Rester av humusämnen i utgående vatten från vattenverk kan ge upphov till giftiga substanser, trihalometaner vid klorering. Detta har lett till intensiv forskning för att ta fram metoder för humusrening. Eikebrokk och Saltnes (2002), Saltnes m.fl. (2002) och Eikebokk (2005) har tagit fram en process för koagulering och kontaktfiltrering där tvåmediafilter med Filtralite används för rening av humusämnen från råvatten. Resultat från försök i laboratorie- och pilotskala visar att Filtralite ger lika goda resultat på utgående vatten med avseende på färg, organiskt material och turbiditet som sand/antracitfilter men med lägre differenstryck och långsammare uppbyggnad av filtermotståndet. I Sverige har Filtralite utretts som potentiellt filtermaterial i tvåmedia snabbfilter i samband med ombyggnationen av Gäddviks vattenverk i Luleå (Bénac-Lhuillier, 2009) Filtralite i två lager med kornstorlek 0,8 1,6 samt 1,4 2,5 jämfördes med sand/antracitfilter efter koagulering och flockning. Filtralite gav generellt sett lägre backspolningsfrekvens (12 20 %), snabbare återhämtning efter backspolning samt möjlighet att belasta filtren med ett högre flöde per ytenhet (10 m/h jämfört med 5 m/h). I en studie av rening av eutrofierat reservoarvatten i pilotskala i England jämfördes tvåmedia snabbfilter med Filtralite med ett sand/antracit filter (Steele, m.fl., 2007) Filtralite gav % längre gångtider mellan backspolningar med bibehållen reningskapacitet. Filtralite visade dessutom förhöjd förmåga att rena alger jämfört med referensfiltret. 25