Uthållig drift av Uppsalaåsen vad händer med naturligt organiskt material (NOM)

Transkript

1 Uthållig drift av Uppsalaåsen vad händer med naturligt organiskt material (NOM) Vallskog infiltrationsbassänger Philip McCleaf, Uppsala Vatten Forskning och innovation för säkert dricksvatten FoIDV 29 november 2017 Svenskt Vatten

2 Varför är naturligt organiskt material (NOM) viktigt? Naturligt organiskt material (NOM) är produkter i vattnet från biologisk nedbrytning av växter och NOM följer ofta med markavrinning från nederbörd och snösmältning.. 4,0 mg/l O 2 oxiderbarhet (COD Mn ) hos användaren -tjänligt med anmärkning SLVFS 2001:31 NOM en nyckelparameter vid konstgjord grundvattenbildning för dricksvattenkvalitet och påverkar: Färg, lukt, smak Risken för mikrobiologisk tillväxt i distributionssystemet Risken för bildandet av klororganiska föreningar vid klordesinfektion Kan försämra drift av andra behandlingsprocesser som GAC, jonbyte, membran Kostnader för ombyggnation av vattenverk för NOM borttagning (membranteknik, fällning och filtrering).

3 Storvad grundvattentäkt 12 milj m3/år 1,6 mg/l TOC l/s 4 mg/l TOC Galgbacken grundvattentäkt och reserv VV Stadsträdgården grundvattentäkt Gränby VV 7 mg/l TOC NOM utspädning? NOM avskiljning? Bäcklösa VV 4 mg/l TOC Sunnersta grundvattentäkt 2 mg/l TOC I drift över 50 år och idag infiltreras 6 milj. m3/år Under de senaste 25 åren har ca ton DOC tillförts åsen (150 ton/år), varav 90 % i Vallskog och Tunåsen planeras infiltration av 28 milj. m3/år eller 75 % av dricksvattenförbrukningen Ekoln Vallskoginfiltration infiltration Vallskog infiltration -130 l/s 15Tunåsen mg/l TOC Stadsskogstornet 15 mg/l TOC -140 l/s +150 l/s -100l/s +100 l/s Bolandsstornet NOM och vattenförsörjning i Uppsalaåsen

4 Långa tidsserier visar på en stabil avskiljning men en ökande DOC trend. DOC-halter i upptaget vatten, normaliserade mot halt i infiltrationsvattnet resp tillförd mängd DOC uttag (mg/l)/doc infilt(mg/l) DOC uttag (mg/l)/ton DOC infilt 0,6 0,10 DOC Galgbacken/DOC infilt vatten 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = -2E-05x + 1,0742 R² = 0,4789 DOC Galgb (mg/l)/doc Tunåsen (ton/år) 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 y = 1E-06x + 0,0137 R² = 0,1186 DOC Storvad/DOC infilt vatten 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 y = -5E-06x + 0,4467 R² = 0,0963 DOC Storvad (mg/l)/doc Vallskog (ton/år) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 y = 2E-06x + 0,0021 R² = 0,1741

5 Uppsala Vattens konstgjord infiltration/nom projekt dec mars 2016 Huvudfrågeställning: Är den nuvarande driften långsiktigt hållbar eller sker en upplagring av NOM i åsen som begränsar anläggningarnas livslängd? Delfrågeställningar Hur stor är avskiljning? Var i systemet sker avskiljning? Vilka är de viktigaste avskiljningsprocesserna? Vilken typ av NOM avskiljs? Metoden Borrningar och upptagning av jordprover för analys av fastlagt NOM. Omfattande provtagning för vattenkvalitetsbestämning Bestämning av andelar naturligt bildat grundvatten och infiltrerat vatten från Fyrisåni provtagningspunkter från infiltrations- till uttagsområden med hjälp av isotopanalyser (syre-18, deuterium). Karakterisering av det organiska materialets sammansättning med en rad olika metoder. Vattenkemisk modellering. Kol-14 åldersbestämning av organiskt material löst i vattnet och fastlagt i jorden. Tunåsen infiltration Bestämning av antal bakterier och svampar på jordprover tagna i filtersand, omättad zon och grundvattenzonen och deras potential att bryta ner organiskt material.

6 Provtagningsplatser 9 st. sonicborrningar för att ta upp fast material Uttagsbrunnar Provtagningsplats UV869 Vattholma UV864 Östa UV863 Kull-Gränby UV858 Kronåsen, Brunn K4 UV739 Stadsträdgården, BrunnS2 UV567 Stadsträdgården, Brunn S1 UV338 Storvad, brunn 5 Obs rör UV567 Lövstalöt UV915b Sonic IXb UV773b Sonic Vb UV772b Sonic Va UV770b Sonic IVb UV770b Sonic IIb UV769a Sonic Ia UV769b Sonic Ib UV754 B UV736 LM90 UV Råvatten UV880 Sunnersta, Bäcklösa, ink UV580 Galgbacken, ink Infiltrations vatten UV892 UV876 UV874 Vallskog Tunåsen Husby

7 Resultat -karaktären av infiltrationsvattnets DOC ändras nedströms infiltrationsplatsen utspädning eller nedbrytning? DOC-halterna sjunker Humus halten sjunker SUVA (UV/DOC) sjunker Freshness ökar Vattnet liknar ett fällt vatten

8 Exempel på uppskattning av utspädningsförhållanden och uppehållstider Tunåsen-Galgbacken Tunåsen nfilt 220 m Sonic IV 875 m B Galg. Uttagsbr Tunåsen Naturlig grundvatten Över 500 isotopprovar Fördeln, Tunåsen, UV876 LM90, Sonic I, n, Sonic IV, n, Sonic V, UV736 UV769b UV772b B, UV754 n,uv773b Avstånd, horisontellt (m) Andel naturligt bildat grundvatten (%) Uppehållstid, medel (d) Strömn hast grundvatten, medel (m/d) 10 6,3 10,9 8,2 8,4 Galgbacken ink, UV580

9 Hur stor är avskiljningen Δ DOC? -massbalans för DOC Spädningsberäkningarna förklarar den uppmätta variationen i geokemin (Ca, Mg, U, Na) men inte ALK och DOC Andel GW*DOC GW + Andel Inf*(DOC INF Δ DOC) = DOC uppmätt. Andel GW*DOC GW + Andel Inf*DOC INF = DOC BERÄK. MIX. Δ DOC= (DOC BERÄK. MIX - DOC uppmätt/ )/Andel Inf Fyrisån Tunåsen Sonic IV 0m 30m 220m Infiltrationsvatten DOC? stigande andel grundvatten

10 Hur stor är Δ DOC och var sker avskiljningen av NOM? Avskiljning ( DOC) för infiltrationsvatten med hänsyn till spädningsberäkningar % av DOC avskiljs inom m Analys av molekylstorlek (LC-OCD) visar nybildning av små organiska syror och borttagning av humussubstanser

11 NOM avskiljning har en fastläggningskomponent Kol-14 data visar att det sker ett utbyte mellan den fasta och den lösta fasen av organiskt kol inom m från infiltrationen 11

12 Är åsens avskiljning av NOM hållbar? Analyser tidserier från för Galgbacken SO4 [mg/l] tid 12 -Blandningsberäkningar indikera stabila förhållanden för DOC -drygt 80 % av färgen och 50 % av DOC avskiljs. Färg Pt [mg/l] Andel GW*färg + Andel Inf * färg INF * f färg = färg MIX f färg = 0, tid DOC [mg/l] AndelGW * ALK GW * f ALK + AndelInf * ALK INF = ALK MIX. f ALK =1, tid ALK [mg/l] 250 Andel GW*DOC + Andel Inf * DOC INF * f DOC = DOC MIX, f DOC = 0, tid

13 Vilka avskiljningsprocesser? - konceptuell modell för avskiljning DOC FASTLÄGGNING Organisktkolharanrikatsiden fasta fasen i Infiltrationsområdet Kemiska modellberäkningar visar på att grundvattnet står i jämvikt med kalcit NEDBRYTNING CO 2 Nedbrytningsförsök - CO 2 är rimliga Nybildning av små organiska syror och borttagning av humussubstanser

14 Huvudfrågeställning: Är den nuvarande driften långsiktigt hållbar eller sker en upplagring av NOM i åsen som begränsar anläggningarnas livslängd? Delfrågeställningar: Slutsatser Stabil avskiljning, men ökande DOC-trend i infiltrationsvattnet, ger ökande uttagshalter. Ingen betydande upplagring av NOM så länge kalcit finns kvar i Åsen. Hur stor är avskiljning? Mellan 50-70% av infiltrationsvattens DOC avskiljs, av det bryts ungefär 75% ner till CO2. Var i systemet sker avskiljning? I den omättade och mättade zonen inom m nedströms från infiltration där det är ett tydligt utbyte på det fasta organiska kolet. Vilka är de viktigaste avskiljningsprocesserna? Fastläggning och mikrobiologisk nedbrytning. Vilken typ av NOM avskiljs? Den fällbara fraktionen dvs främst humussubstanser (SUVA 3,6 2,0)

15 Tack! Stephan Köhler, Professor vid Institutionen för vatten och miljö, SLU, Uppsala P.O. Johansson, Artesia Grundvattenkonsultant AB Dan Berggren Kleja, Professor at the Department of Soil and Environment; SLU Uppsala Angelica Hummel, Tyréns AB, Stockolm Duncan McConnachie, Team Manager, GIS Analysis at WSP Sverige Harald Cederlund, Forskare vid Institutionen för molekylära vetenskaper, SLU Uppsala Sara Hallin, Professor vid Institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi, SLU Uppsala SLU studenter - Valerie Hubalek (postdoc), Oskar Johansson, Tove Dahlström, Emil Vikberg