1. No category

GenoMembran för avskiljning av
NOM i svenska ytvatten
Kenneth M Persson och Alexander Keucken
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
SVU-projekt: “GenoMembran”
• 4 universitet
- Uppsala, Lund, Chalmers och SLU
• 5 vattentjänstbolag
- 2 industridoktorander och 1 doktorand
- Mängder med experter, tekniker, analytiska kemister osv
• Pentair, Purac, Sintef
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
PersonersomdirektverkatiGenoMembranprojektetär:
Malin Asplund, Tekniska Verken i Linköping AB
(publ)
Elin Lavonen, Sveriges lantbruksuniversitet
Anna Lövsén, Tekniska Verken i Linköping
Olof Bergstedt, Göteborg Kretslopp och Vatten
Kristina Dahlberg, Norrvatten
Malin Delin, Gästrike Vatten
Björnar Eikebrokk, Sinteff
Per Ericsson, Norrvatten
Ingemar Heidfors, Purac AB
Andrew Holmes, Purac AB
Ann-Sofi Jönsson, Lunds tekniska högskola
Alexander Keucken, VIVAB
Stephan Köhler, Sveriges lantbruksuniversitet
Angelica Lidén, Lunds tekniska högskola
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
AB (publ)
Thomas Pettersson, Chalmers
Britt-Marie Pott, Sydvatten AB
Henrik Rydberg, Göteborg Kretslopp och
Vatten
David Starnberg, Gästrike Vatten
Helena Stavklint, Tekniska Verken i
Linköping AB (publ)
Karolina Stenroth, Gästrike Vatten
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Gävle
Norrvatten
Linköping
VIVAB
(Varberg)
Sydvatten
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Försöksupplägg
• Försök med ultrafilterpilot (med Pentair Aquaflex) och
nanofilterpilot (med HFW 1000) på Görväln,
Kvarnagården, Råberga, Ringsjöverket och Gävle
vattenverk
• Vissa försök också med Koch PMPW 10 och Dow NF
270
• Utvärdering av driftdata, vattenkvalitetsdata och
barriäreffekt
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Membrane pore size and retention
100
Fe
Retention [%]
80
60
Colour
40
Mn
TOC
Ca
20
0
0.5
1
5
10
Nominal membrane pore size [nm ]
• Pore size in NF plants: 1,5 - 5 nm
• UF plants: 20-50 nm
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
50
NÅGRA RESULTAT
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Absorbans mot TOC i samma vattenprover för
tre av råvattenkällorna och membranpermeat
0,5
0,45
0,4
Absorbans, 254 nm
0,35
0,3
Bolmen
Ringsjön
Stångån
Linjär (Bolmen)
Linjär (Stångån)
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
2
4
6
TOC (mg/l)
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
8
10
Resultat vid olika utbyten/rejektnivåer vid NF av vatten vid
Råberga vattenverk med HFW 1000
Utbyte TOC (mg/l)
Absorbans
Perm
Hårdhet
(dH)
Rå Perm
Rå
Perm
50 %
9,3
1,4
0,28 0,031
30
5
2,6
1,8
75 %
9,2
1,4
0,28 0,032
30
<5
2,4
1,8
87.5 %
9,2
3,2
0,28 0,078
30
5
2,3
1,9
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Rå
Färg (mg
Pt/l)
Rå Perm
Hårdhet i permeatet för olika inställningar av flux och tvärströmshastighet
vid NF i Råberga vattenverk med HFW 1000
2,1
2
Tvärströmshastighet
1,9
Hårdhet (°dH)
1,8
1,7
0,25 m/s
0,5 m/s
1,6
0,75 m/s
1,0 m/s
1,5
1,4
1,3
1,2
0
5
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
10
15
Flux (l/(m2h))
20
25
30
SLUTSATER
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Membranteknik kan användas för att reducera NOM i
dricksvatten.
• Ultrafiltrering måste kombineras med förfällning eller
direktfällning för att NOM-halten skall minska.
Kombinationen UF och förfällning/direktfällning kräver
lägre fällningskemikaliedos än bara kemisk fällning,
vilket minskar slamproduktionen. UF med
förfällning/direktfällning ger ungefär samma resthalt av
NOM som kemisk fällning.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Nanofiltrering fungerar även utan kemisk fällning. NOMreduktionen blir hög och endast lågmolekylärt organiskt
material passerar genom nanofiltermembranen.
Retentionen av kalcium och magnesium behöver
beaktas.
• Ultrafilter kan drivas vid mycket högt vattenutbyte och
bara låga spolvattenförluster, lägre än 4%, medan
nanofiltrering behöver drivas med tvärströmsfiltrering för
att fungera. För nanofilter kan spolvatten- och
retentatförlusterna bedömas uppgå till 15-20 % av
totalflödet in till vattenverket.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Såväl nanofilter som ultrafilter ger en god mikrobiell
barriär och har som regel en reduktion bättre än 4-log i
alla undersökningar. Ofta är reduktionen nära 6-log
också för virus. Skulle bristningar eller brott i membranet
föreligga minskar barriärverkan snabbt.
• Kapaciteten i ultrafilter är högre än i nanofilter, då mera
vatten kan beredas per kvadratmeter membranyta i
ultrafilter än i nanofilter. Typiska flux är 100 l/m2h för
ultrafilter och 20 l/m2h för nanofilter.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Både ultrafilter och nanofilter kan uppföras i mycket
kompakta anläggningar, eftersom membranen kan
packas i yteffektiva moduler.
• Membranteknik måste trycksättas för att fungera och
därmed krävs elenergi till pumpdriften om inte trycket
kan åstadkommas hydrostatiskt från en högt belägen
vattentäkt. Den specifika elförbrukningen per producerad
dricksvattenvolym är ungefär 0,05-0,12 kWh/m3 för
ultrafilter och 0,2-0,5 kWh/m3 för nanofilter.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• De säsongsmässiga variationerna behöver beaktas vid
driften av membrananläggningar. Kallt vatten vintertid
ger betydligt (30-40 %) lägre flux än varmt vatten
sommartid. Om processen ska köras med bibehållet flux
behövs en analog ökning av tryckstegringen.
• I jämförelse mellan de olika vattenverken där
membranteknik testades i projektet visade det sig att
råvattenkvaliteten har stor betydelse för hur länge
membrananläggningen kunde drivas mellan
returspolningscyklerna, men permeatkvaliteten var
snarlik efter beredning.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Vid fällning på ultrafilter krävs försök för att hitta en
fungerandefällningskemikalie och dos för de specifika
kemiska förutsättningarna. Uppehållstid och
kemikaliedos kan båda minskas jämfört med
konventionell kemisk beredning. Vid instabila
förhållanden i pilotdrift kan järn ge problem med
beläggning och är inte alltid ett lämpligt val trots att den
ger bättre NOM-retention i bägarförsök.
• För att säkerställa den mikrobiella barriärverkan behöver
integritetstester genomföras regelbundet över
membranmodulerna. Integritetstesterna visar om det
finns läckande membran i anläggningen.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Även om membranen är intakta kan ibland återväxt av
mikroorganismer ske i vattnet efter att permeatet samlats
upp. Kemiskt desinfektion vid returspolning ger en ökad
mikrobiell säkerhet för permeatet. Alternativt kan
permeatet behandlas med biologiskt aktivt kol, i
långsamfilter eller med UV-desinfektion.
• Vid design och dimensionering av membranteknik för
dricksvattenberedning finns numera förhållandevis
mycket erfarenheter på ett generellt plan. Det är dock
värdefullt att genomföra pilotkörningar för det specifika
vattenverket om membranteknik övervägs som metod.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Organiskt kol i
dricksvatten / NOM
/ brunifiering
www.nom6.se
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Vilken betydelse har ökningen av NOM?
Hur påverkas vattenverken?
Ledningssystemet, biofilm, kemiska och
mikrobiella processer, korrosion?
Smak och lukt?
Klimatförändringar och NOM?
Metoder för reduktion i reningsverk?
Organiskt kol i
dricksvatten / NOM
/ brunifiering
www.nom6.se
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Senast under IWA NOM6 startar
det svenska membrannätverket för
vatten
I samband med konferensen
inbjudes alla intresserade att vara
med
Frånpilottill
fullskaligberedning
‐
två‐stegsUF‐processpå
Kvarnagårdens vattenverk
AlexanderKeucken,15.04.2015
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
DV‐distribution:KvarnagårdensVV
Vattentäkter:
Neden/Mäsen (ytvatten)
Ragnhilds källa (grundvatten)
Ledningslängd:
Råvatten: 20 km
Dricksvatten : 603 km
Kv. står för 90% distribution av
anslutna VA-abonnenter
Antal mindre vattenverk: 7
Antal tryckstegringar: 10
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Ytvatten:fenomen“Brunifiering”
• Pågåendebrunifiering avsjöarochvattendragistörredelar
avSkandinavien(södradelaravSverige)
• Ökadetrenderavfärgtal ochCODiråvattentillKvarnagården
VV
• Blandvattnethar“dämpat”effekternapga.litenandel
grundvatten
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Kvarnagården VV‐ nuvarandeberedning
Blandatråvatten(yt‐/grundvatten)
Alkalisering(kalk+koldioxid)
Snabbfiltrering(sand)
Kloramin(ejgodkändsäkerhetsbarriär)
UV‐ljus(godkändprimärdesinfektion)
 Säkerställaochhöjamikrobiologiskbarriärverkanenligtgällande
lagkrav
 Pågåendebrunifiering avytvattentäktmedförökadehumushalteroch
färgtal idricksvattnet
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Pilotförsök:kontaktfilter– UF‐ NF
• Ultrafiltrering:juni´10– sept.´11
• Råvatten(med/utanförbehandling)
• Råvattenmeddirektfällningövermembranet
• Snabbfiltrat
• Kontaktfilter:mars´12– maj´12
• Ros‐filtermedfällning
• Nyutveckladnanofiltrering:nov.´11‐ mars´12
• Kapillärahålrumsmembranförutökad
NOM‐avskiljningUTANkemikalierochnämnvärd
minskningavvattnetshårdhet
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Pilotförsök medUF
Direktfällning (optional)
• Koagulant:PlusPAC 1465
• Statisk mixer
• IngenpH‐justering
Förbehandling (mikrofilter)
• Trycksatt fiber‐filter(polyamide)
• Cut‐off:5‐10µm
Ultrafilter
• Trycksatt membranmodul:KochHF
• MWCO:100kDa (porstrlk.:0.05µm)
• Membranmaterial:semi‐permeabel PES
Membranyta:52,4m2
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Resultat:UFutan/meddirektfällning
• UFmedförbehandling medför ingen nämnvärd NOM‐
reduktion
• UFmeddirektfällning resulterar i reduktion av:
• DOC:~33%,
• UV‐absorbans:~53%
Biopolymeroch humusämnen avskiljs i större
omfattning i relationtillmembranets cut‐off.
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Kvarnagården VV‐ framtidaberedning
Blandatråvatten(yt‐/grundvatten)
Snabbfiltrering(sand)
Ultrafiltermembran+fällning
Multipelbarriärfunktion,
effektivNOM‐avskiljning
Alkalisering(kalk+koldioxid)
UV‐ljus(godkändprimärdesinfektion)
Kloramin(ledningsnät)
 Tvåoberoendemikrobiologiskabarriärer(avskiljande/inaktiverande)
 Effektivreduktionavnaturligorganisktmaterial(NOM)genom
direktfällningöverUF‐membran
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Färdplanföruppförandeavny
beredningssteg
• Jan´14
• Våren´14
•
•
•
•
Hösten´14
Feb´15
Mars´16
Juni´16
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Tilldelningsbeslut:TE‐UF
Detaljproj.avUF,
framtagandeavFFUför
utförandeentreprenader
Upphandlingavsidoentreprenader
Byggstart
ProvdriftavnyUF
Produktionmedförhöjd
barriärverkan
Kontrakteradeentreprenörer
• Totalentreprenad:Purac AB
• LeveransavkomplettUF‐anläggningsamt
mobilUF‐testanläggning
• Generalentreprenad:SkanskaSverigeAB
• Mark‐ ochbyggnadsarbetesamt
samordningavUE
• Underentreprenörer:
• Maskin(Purac AB),VVS/Rör(Falkenbergs
RörAB),ventilation(Bravida AB)
• UpphandlingavEl‐styr/VVS‐styrpågår
• Totalbudget: ca.90milj.SEK
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Ultrafilter:två‐stegsprocess
UF1
UF2
UF1
UF2
• Garanteradbarriärverkan:≥6logförprotozoa,≥4logförvirus
• Högtpermeatutbyte (≥99%)– ingetutsläpptillrecipient
• Omhändertagandeavspolvattenföreavledningtillspillvattennät
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
PentairX‐flowUFmembrane
~15.000
hålrumsmembran (fibrer)
0.8 mm PES
Uppgraderad modul  moduldiameter: 8.7”,
membrandiameter: 0.8 mm, membranyta: 55 m2
Nominell porstorlek: 20 nm
6 korrugerade plattor
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Inga bypass-kanaler
12
Fullskaledesign:UF‐tvåstegsprocess
•
•
Max.kapacitet:1080m3/h~26.000m3/d
nuv.överkapacitet:~5%,pot.kapacitetsökning:+15%(1080m3/h‐1242m3/h)
UF‐steg1och2:370moduler(totalmembranyta:20.350m2,byggareal:~300m2)
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Fullskaleanläggning‐ UF
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Test‐ochdemonstrationsanläggning
• Syfte
•
•
•
•
Valideringochprovdriftavfullskaleanläggning
Testanläggningförmembranelement
Nödförsörjningvidmindrevattenverk
Praktiskforskninginommembranteknik
• Dimensionering
•
•
•
•
40fotcontaineranläggning
Kapacitet:6m3/h(permeat)
Dead‐end,cross‐flow drift
3fullskaligamembranelement(STEG1:2st.,STEG2:1st.)
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
UF-testanläggning
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
StyrningavNOM‐reduktion
UVabs +Turbiditet imatarvatten
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015