Dricksvattenberedning med nya reningstekniker resultat från en pilotstudie Nationella Dricksvattenkonferensen Västerås, 2018-10-23 Elin Lavonen 1, Ida Bodlund 2, Kristina Dahlberg 1, Ulf Eriksson 2, Anna Andersson 3, David Bastviken 3, Henrik Kylin 3, Camilla Frösegård 4, Stefan Bertilsson 4, Vera Franke 5, Oksana Golovko 5, Lutz Ahrens 5 1 Norrvatten, 2 Stockholm Vatten och Avfall, 3 Linköpings Universitet, 4 Uppsala Universitet, 5 SLU
Dricksvattenproduktion i Stockholm Två dricksvattenproducenter: Norrvatten samt Stockholm Vatten och Avfall (SVOA) Råvatten från Östra Mälaren, Sveriges 3:e största sjö Produktion av dricksvatten till 2 miljoner invånare via 3 vattenverk Lovöverket och Norsborgsverket (SVOA) samt Görvälnverket (Norrvatten) ~550 000 m 3 /d
Lovöverket och Görvälnverkets processer Liknande produktionsmängd, reningsprocess och utmaningar Konventionell rening med Fällning/flockning/sedimentering + sandfiltrering, Aktivt kol (GAC) (Görväln) eller långsamsandfiltrering (Lovö), UV-desinfektion, Dosering av monokloramin och kalk
Utmaningar, mål och strategier Produktionen är nära maxkapaciteten och processen behöver optimeras för att möta framtida behov i närtid Öka antalet mikrobiologiska barriärer (Görväln) Kemisk barriär mot organiska spårämnen (OMPs) Öka borttagning av naturligt organiskt material (NOM) Bibehålla eller öka biostabiliteten Minska användning av kemikalier och produktion av slam Gemensam studie av en ny processkombination inklusive suspenderat jonbyte (SIX ) och filtrering genom ett keramiskt mikrofilter (CeraMac )
Pilotanläggning Processlösning från PWN Technologies i Holland Ettårig pilotstudie (Oktober 2016-2017), samarbete mellan Norrvatten och Stockholm Vatten & Avfall Råvatten SIX O 3 ILCA Ceramic MF GAC
Pilotanläggning
Projektstruktur Samarbete med forskare från 3 universitet möjliggjordes via finansiering från Svenskt Vatten Utveckling (SVU)
Suspenderat jonbyte (SIX ) Mål: Öka borttagning av NOM jämfört med kemisk fällning Jonbytarmassa: Lewatit S 5128 (gel, basisk anjonbytare) Primära testförhållanden: 15 ml resin/l, 30 min kontakttid Sidovy 5 kontaktutrymmen Renat vatten Framsida 3 delar per kontaktutrymme Obehandlat vatten Kontinuerligt luftflöde
Resultat SIX Borttagning av löst organiskt kol (DOC): 63 ± 3 % Kemisk fällning i fullskala: 40 ± 4 % (Lovö, 2017) Lägre minskning av SUVA än fällning = mindre selektiv mot aromatiskt NOM Lovande alternativ för råvatten med låg SUVA Investeringskostnader, hantering av salthaltig restström, jonbytarmassa mikroplast?
Keramiskt mikrofilter (CeraMac ) Mål: partikelreduktion, mikrobiologisk barriär för bakterier och parasiter Keramiskt MF, 0.1 µm porstorlek, 25 m 2 (Metawater) Dead-end-filtrering, konstant flux Kemisk backspolning (CEB) med NaOCl eller H 2 O 2 /HCl Förbehandlingar 1. SIX 2. SIX + O 3 3. SIX + O 3 + ILCA CIP med O 3 Mål med test Flux:150-400 lmh 5 veckors optimeringstid CIP-frekvens > 3 mån O 3 i matarvatten = inget behov av oxiderande CEB
Keramiskt mikrofilter (CeraMac ) Mål: partikelreduktion, mikrobiologisk barriär för bakterier och parasiter Keramiskt MF, 0.1 µm porstorlek, 25 m 2 (Metawater) Dead-end-filtrering, konstant flux Kemisk backspolning (CEB) med NaOCl eller H 2 O 2 /HCl CIP med O 3 Förbehandling 1. SIX 2. SIX + O 3 3. SIX + O 3 + ILCA Membrane test aims Flux tests 150-400 lmh Upprepade driftproblem för samtliga förbehandlingar 5 weeks optimization CIP frequency > 3 months O 3 in feed = no need for hypo EBW
Sammansättning av NOM Snabbfraktionering (Chow et al. 2004, Eikebrokk och Thorvaldsen 2010) Filtrerade (0,45 um) prov pumpas genom 3 kolonner i serie till vilka olika fraktioner av NOM binder VHA very hydrophobic acids SHA slightly hydrophobic acids CHA charged hydrophilics NEU neutral hydrophilics
Resultat snabbfraktionering av NOM SIX tog bort hela den laddade fraktionen och 64-69 % av de hydrofoba Ozon påverkade inte DOC-koncentrationen men omvandlade fraktioner Minskning i UV-absorbans för den mest hydrofoba fraktionen p.g.a. klyvning av aromatiska strukturer Direktfällning (ILCA) tog bort mer av det hydrofoba materialet Den neutrala fraktionen påverkades minst och dominerade i GAC-effluenten
Biostabilitet Biostabilitet utvärderades som: Mängd substrat BDOC: minskning i DOC-koncentration under inkubation (med bakterier från filtersand) Mikrobiologisk tillväxt genom mätningar av cellkoncentration med flödescytometri (inhemsk flora) Syrgasförbrukning mättes med icke-invasiv syrgasprob Testförhållande Predatorer Typ av kontroll Filtrering 1.2 um Miljö Mörker, 20 C Näringsämnen Desinfektionsmedel Konstaterat DOC-begränsat system Tillsats av tiosulfat för BDOC
Resultat Biostabilitet, BDOC BDOC kunde endast kvantifieras i ozonerat vatten O 3 ** (12 timmars reaktionstid ozon): 0,66 mg BDOC/L O 3 (tiosulfat vid provtagning): 0,42 mg BDOC/L Majoriteten av BDOC (65 %) bildas inom 5-10 min reaktion med ozon Mindre syre/doc förbrukas vid inkubation av O 3 ** = högre substratvärde pga mer oxiderad ΔDOC = 0,42 ΔDOC = 0,66
Resultat Biostabilitet, mikrobiologisk tillväxt Jämförelse mellan pilotanläggningen och Lovöverket Lovöverket: Fällning och långsamsandfiltrering minskade cellantalet med 73 och 41 % Minskning efter UV-desinfektion indikerar sinifikanta cellskador Monokloramin hämmade tillväxten över tid OBS! Högre förbrukning ledningsnät/biofilm Pilot: ingen effekt från SIX, 97 % minskning vid ozonering (cellskador), ingen ytterligare effekt från CeraMac Återväxt i ozonerat vatten efter 6-11 dagar visar att efterbehandling krävs (biofilter, desinfektion)
Resultat Organiska spårämnen 59 läkemedel, bekämpningsmedel, personal care products analyserades Jämförelse mellan Görvälnverket, Lovöverket och pilotanläggningen 13 st över kvantifieringsgränsen i halter på 0,53 till 29 ng/l Läkemedel indikerar avlopp som spridningsväg Dålig borttagning i nuvarande fullskaleprocess (ca 18 % totalt)
Resultat Organiska spårämnen 59 läkemedel, bekämpningsmedel, personal care products analyserades Jämförelse mellan Görvälnverket, Lovöverket och pilotanläggningen 13 st över kvantifieringsgränsen i halter på 0,53 till 29 ng/l Läkemedel indikerar avlopp som spridningsväg Dålig borttagning i nuvarande fullskaleprocess (ca 18 % totalt) Ozonering reducerade de flesta ämnena (70-80 % reduktion) Biprodukter?
Resultat Desinfektionsbiprodukter Tillskott av NaOCl i överskott Maximal THM-bildning + bildningspotential Störst minskning i THM-bildning från SIX och GAC Till följd av störst DOC-reduktion Ingen effekt från O 3 kan bero på låg SUVA innan ozonering (Hua & Reckhow 2013) Större andel brominnehållande THM ju renare vatten Indikerar större fraktion hydrofilt NOM (Liang et al. 2003), vilket stöds av resultat från snabbfraktionering THM = trihalometaner
SVU-rapport Samtliga resultat redovisas i SVU-rapport 2018-07
Slutsatser och framåtblick Jonbyte är ett lovande alternativ till fällning för borttagning av NOM från råvatten med lägre SUVA Det keramiska mikrofiltret var inte lämpligt för att behandla vatten från Östra Mälaren Oxidation är en generell barriär mot organiska spårämnen Biprodukter och bildning av BDOC måste hanteras Låg borttagning av hydrofilt NOM kan resultera i större proportion av brom-innehållande DBPs Urval av nuvarande pilotförsök på Lovöverket och Görvälnverket: Ozon + GAC SIX + direktfällning UF NF
Tack för uppmärksamheten! elin.lavonen@norrvatten.se