Blødgøring af grundvand Teknologier, teknisk sammenligning, pilotanlæg, økonomi mm.

Transkript

1 KVO repræsentantskabsmøde Blødgøring af grundvand Teknologier, teknisk sammenligning, pilotanlæg, økonomi mm. Per Krøyer Kristensen

2 Water A world leader in waste and water management Employees Waste Water treatment Plants build 92 million people supplied with drinking water 1,200 drinking water production sites 65 million people benefiting from sanitation services 2,200 wastewater treatment sites 10,000 water treatment plants in 70 countries A drinking water network covering some 240,600 kilometres 52 million people benefiting from waste collection services Over 466,000 industrial and commercial customers 41 million tonnes of waste treated 11.3 million tonnes of secondary raw materials 46 incinerators for non-hazardous waste throughout the world (46 for energy recovery) MASTERING THE WHOLE WASTE AND WATER CHAIN VALUE

3 EnviDan EnviDan Gruppen er et rådgivende ingeniørfirma, som leverer præcise og professionelle løsninger til miljøsektoren i Danmark. EnviDan har ca. 200 medarbejdere, kontorer 4 steder i Danmark, 2 i Sverige og 1 i Norge. Vi er en miljøvirksomhed med fokus på klima, vand, spildevand, natur og energi, og endvidere tilbyder vi en række softwareløsninger som optimerer og kvalitetssikrer data og arbejdsprocesser i de danske forsyninger og kommuner inden for både vand-, varme- og spildevandssektoren. Spildevand Energi Software Rent vand Klima Natur og vandløb

4 Vands hårdhed Hvad er det? o Vand alkalinitiet og hårdhed Alkalinitet (TAC) Anioner Kationer HCO 3 - Cl - SO 4 2- Ca 2+ Mg 2+ Na + K + Total Hårdhed (TH = TCa + TMg) Midlertidig Hårdhed ( TAC) o Vand korrosion tendens Permanent Hårdhed (TH TAC) Kalkudfældning ca: TH > 10 dh I larson : corrosion tendency I larson : slightly corrosive

5 Kemisk blødgøring Carbonatsystemet o Ved at regulere ph skubbes Carbonatsystemet til en uligevægt, hvor kalk udfældes som CaCO3 ph Impact Gas phase Liquide phase CO 2 Henry law : Henry constant H Carbonate equilibrium in three phases Dissociation de l acide carbonique CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 ph Impact HCO 3- CO H + Solid phase H 2 CO 3 HCO 3- + H + Acide-base equilibrium constant K2 solability: Solability constant K s Acide-base equilibrium constant K1 Ca 2+ + CO 3 2- CaCO 3(s) Balance of dissolution or precipitation of calcium carbonate o Ved at dosere NaOH/soda påvirkes ph opad - og derved skubbes Carbonat ligevægten og kalk udfældes/vandet blødgøres

6 Hårdhedskort Antal anlæg Hovedstaden Sjælland Syddanmark (hårdt) (meget hårdt) over 30 (særdeles hårdt) Vandmængde Hovedstaden Sjælland Syddanmark (hårdt) (meget hårdt) over 30 (særdeles hårdt)

7 % of over consumption Hårdt vand «Comfort faktor» kalkbelægninger, smag mm. Blødgøring Hårdt vand Højere energiforbrug, Større vaskemiddelforbrug Central blødgøring relevant når ºdH > 15 Data: CSA Institute - July kr/år -Eksempel på besparelse, beregning før og efter blødgøring Svarende til 3 kr/m 3 Metoder for central blødgøring: Kalkfældning Kalkslam Pellets Ionbytning Membran Elektrolyse 50% 40% 30% 20% 10% 10% 20% 35% 45% 0% Deposit thickeness on the boiler resistance

8 Teknologier Kemisk Blødgøring Recirculerings reaktor Densadeg Pellet reaktor Gyrazur Fra 100 m 3 /t Fra 100 m 3 /t Fysisk-kemisk Blødgøring Ionbytning Ionbytning Op til 500 m 3 /t Fysisk Blødgøring Omvendt osmose / nanofiltrering Erca2 Membran Fra 20 m 3 /t Elektrolytisk reaktor Op til 400 m 3 /t

9 Kalkfældning - Kalkslam Kammeropdelt med tilledning af råvand (1) efter iltning Tilledning af koagulerende metalsalt (2) (jernklorid eller aluminiumsulfat) Flokkulering Klaringstank, hvor kalkslam bevæger sig mod bunden og blødgjort vand aftappes i toppen (4) + Fleksible flowrate + Lavt energiforbrug + Lavt vandtab (2%) Stort anlæg Pladskrævende slamhåndtering m³/h 0,16 kwh/m³

10 Kalkfældning - Pellets Opretstående reaktor med tilledning af råvand (1) efter iltning Tilledning af natriumhydroxyd / calciumhydroxyd (2) Injektion af fint sand (3) Kalk udfældes på sandpartikler, vokser og falder mod bunden Aftapning af pellets (4/5) Blødgjort vand aftappes (6) og ledes til filter + Kompakt anlæg, dog stor højde + Produceres begrænset volumen af pellets + Lavt energiforbrug Kemikalier mængder og arbejdsmiljø Vandtab (5%) Fastere flowrate Drift og vedligehold Grundvand med lav turbiditet m³/h 0,14 kwh/m³

11 Ionbytning Kalkholdigt vand ledes til ionbytter (1) Vandet passer resin (4/5) Behandlet vand løber ud af ionbytter (2) Resinet mættes gradvist og skal regnereres ved modsatrettet gennemløb (6/7) Resinet Na-/Cl- eller H+/Cl- + Enkel betjening + Lave investingsomkostninger + Pålidelig drift Overskydende CO2 skal fjernes Betydelige mængder spildevand med høje saltkoncentrationer (øger OPEX) UV desinfektion kan være nødvendig m³/h

12 Membran/Nano A B Filtreringsmodul Trykkappe A + Multiparameter behandling fx nitrat, pesticid + Standardiseret og modulopbygget + Ikke forurenet spildevand Betragtelige mængder spildevand (10%) Stort energiforbrug Membraner udskiftes ca. hvert 7. år 20 m³/h

13 Elektrolyse Kalkholdigt vand ledes gennem et rustfri ståltank med elektroder (anoder/katoder) En lav strøm medfører øjeblikkelig krystallisering af meget rent kalk ved elektrolyse Udfældet kalk falder til bunden hvor det aftappes. + Ingen kemikalie tilsætning + Modulopbygges til ønsket flow + Meget kompakt anlæg Stort energiforbrug (0,6-1,0 kwh/m 3 ) Maximal blødgøring 8 o dh Grundvand med lav turbiditet Brom (<100 µg/l) og Klor (<50 µg/l) m³/h

14 Blødgøring i runde tal Ionbytning - kapacitet 160 m 3 /t Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år 935, Antag 160 m 3 /t, 16 timers drift Saltsyre ton/år /ton 179,000 Densitet på 1.17 Koncentration på 400 g/l 4% ph-justering ton/år /ton 2,450 Kaustisk soda ton/år /ton 5,100 Densitet på 1.38 Koncentration på 485 g/l Energiforbrug kw/m /kw 57,600 Antag 0.08 kw/m 3 Reservedele år ,000 Udskiftning af resin hvert 7½ år OPEX (DKK/år) 269,150 Ekskl. pumpning, filtrering og UV Spildevandsafledning m 3 /år 19, /m 3 1,010,000 Antag 2% CAPEX 10,125,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV

15 Blødgøring i runde tal Membran - kapacitet 160 m 3 /t Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år 935, Antag 160 m 3 /t, 16 timers drift Antiscalant kg/år 2,800 10/kg 28,000 PC191T Nalco Ultrasil 67 kg/år /kg 13,700 Ecolab produkt Ultrasil 69 kg/år /kg 10,800 Ecolab produkt Citric acid kg/år /kg 5,000 Energiforbrug kw/m /kw 302,400 Antag 0.42 kw/m 3 Reservedele år ,000 Udskiftning af membran hvert 7½ år OPEX (DKK/år) 559,900 Ekskl. pumpning, filtrering og UV Spildevandsafledning m 3 /år 106, /m 3 5,724,000 Antag 11% CAPEX 16,500,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV

16 Blødgøring i runde tal Elektrolyse - kapacitet 160 m 3 /t Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år 935, Antag 160 m 3 /t, 16 timers drift Energiforbrug kw/m 3 1, /kw 720,000 Antag 0.42 kw/m 3 Reservedele år ,000 OPEX (DKK/år) 745,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV Erca2 investingsomkostninger 13,000,000 CAPEX 13,000,000 Ekskl. pumpning

17 Blødgøring i runde tal Decentral - kapacitet 144 m 3 /år Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år Husstand m/ 4 beboer Saltforbrug kg/m 3 1,0 0.7 /kg 100 Salt tablet Reservedele og service år OPEX (DKK/år) 200 For 144 m 3 /år Spildevandsafledning m 3 /år 3 54 /m Antag 2% CAPEX 18,000 Inkl. installation

18 CAPEX og OPEX Blødgøring i runde tal CAPEX Inkluderer mekanisk og elektrisk udstyr, installation, idriftsættelse og anlægsarbejde. OPEX inkluderer det kemiske samt det energimæssige forbrug, og også de årlige reservedelsomkostninger, men ekskl. personaleomkostninger. Ionbytning NF/RO Membran Erca2 Decentral Anlægskapacitet (m 3 /år) 935, , , CAPEX (DKK) 10,125,000 16,500,000 13,000,000 18,000 OPEX (DKK/år) 269, , , Spildevandsafledning (DKK/år) 1,010,000 5,724, CAPEX (DDK/m 3 ) OPEX (DKK/m 3 ) Spildevandsafledning (DKK/m 3 ) CAPEX+OPEX (DKK/m 3 ) inkl. Spildevandsafledning (DKK/m 3 )

19 Blødgøring i runde tal Ionbytning - kapacitet 32 m 3 /t, Dalum Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år 187, Antag 160 m 3 /t, 16 timers drift Saltsyre ton/år /ton 37,500 Densitet på 1.17 Koncentration på 400 g/l 4% ph-justering ton/år /ton 490 Kaustisk soda ton/år /ton 1,700 Densitet på 1.38 Koncentration på 485 g/l Energiforbrug kw/m /kw 11,500 Antag 0.08 kw/m 3 Reservedele år ,000 Udskiftning af resin hvert 7½ år OPEX (DKK/år) 61,190 Ekskl. pumpning, filtrering og UV Spildevandsafledning m 3 /år 3, /m 3 152,000 Antag 2% CAPEX 3,200,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV

20 Blødgøring i runde tal Elektrolyse - kapacitet 32 m 3 /t, Dalum, +Ny boring Parametre Enhed Værdi Pris per styk (DKK) Total pris (DKK) Beskrivelse Anlægskapacitet m 3 /år 187, Antag 160 m 3 /t, 16 timers drift Energiforbrug kw/m 3 0, /kw 115,000 Antag 0.42 kw/m 3 Reservedele år - - 5,000 Udskiftning af membran hvert 7½ år OPEX (DKK/år) 120,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV Erca2 investingsomkostninger 2,900,000 Erstatningsboringer boring 1 1,000,000 1,000,000 CAPEX 3,900,000 Ekskl. pumpning, filtrering og UV

21 CAPEX og OPEX Blødgøring i runde tal CAPEX Inkluderer mekanisk og elektrisk udstyr, installation, idriftsættelse og anlægsarbejde. OPEX inkluderer det kemiske samt det energimæssige forbrug, og også de årlige reservedelsomkostninger, men ekskl. personaleomkostninger. Ionbytning Erca2 Anlægskapacitet (m 3 /år) 187, ,000 CAPEX (DKK) 3,200,000 3,900,000 OPEX (DKK/år) 61, ,000 Spildevandsafledning (DKK/år) 152,000 0 CAPEX (DDK/m 3 ) OPEX (DKK/m 3 ) Spildevandsafledning (DKK/m 3 ) CAPEX+OPEX (DKK/m 3 ) inkl. Spildevandsafledning (DKK/m 3 )

22 Pilotanlæg: ERCA Test af forskellige kombinationer af: Kontakt tid Energi tilført Analyser af: Temperatur / ph / ledningsevne / hårdhed / alkalinitet Suppleret med eksterne analyser af alle stoffer

23 Pilotanlæg, Dalum Indledende analyser af råvandskvalitet - Sædvanlige råvandsanalyser suppleres med analyser af brom indhold Brom i råvand < 150 µg/l, men > 100 µg/l Relativt høj brom koncentration Råvand Enhed Holmehave Dalum TH o dh Ca mg/l Klor i råvand ~ 50 mg/l Klor koncentration acceptable Pilot test nødvendig. Mg mg/l ALK* mmol/l Cl mg/l Br µg/l NVOC mg/l Na mg/l ph

24 Pilotanlæg, Dalum Pilot testkombinationer Flow : mellem 150 og 250 L/h Strøm : mellem 15 og 25 A Parameter Insitu malinger : ph, µs, T, TAC, Cl2 Laboratorie målinger : ph, µs, T, TAC, Cl2, TH, THM, Br-, BrO3-, etc. Formål Identificer den optimale protocol opholdstid og strøm Tjekke begrænsende faktorer Validere kritiske parameter ved laboratorie analyser - bromat og THM

25 Pilotanlæg, Dalum Teoretisk og praktisk test Endelig mål gennemsnit mellem de to, her svarende til hårdhed på 13,8 o dh Hardness removal target Theoretic test (Secure level) Practical test (Realistic level) Removal target Dalum plant 6.2 dh 6.1 dh 6.1 dh Hård skal ikke fjernes totalt, og største effekt fås ved fjernelse af den midlertidige hårdhed.

26 Pilotanlæg, Dalum RESULTATS OBTENUS SUR SITE : DALUM PLANT/VCS Pilot setting Delta Inlet water outlet water Date Heure Débit I U AIR TC A/m3 W/m3 TH TAC µs ph TH TAC µs t C ph TH TAC µs t C ph Bromate PROTOCOLE 13/12/16 7H NON _ TC40E100 14/12/16 14H OUI TC40E100R 15/12/16 14H OUI TC60E100R 16/12/16 7H OUI TC40E120R 19/12/16 7H OUI TC50E120R 22/12/16 7H OUI TC50E100R

27 Pilotanlæg, Dalum Råvandsanalyser bekræfter: NVOC = 1.3 mg/l Brom = 100 µg/l Blødgjort vand (valgt protokol TC60E100R): Fri klor = 0.05 mg/l Bromat = 2 µg/l << 10 µg/l Opfylder vandkvalitetskrav THM = 0.04 µg/l << 25 µg/l Opfylder vandkvalitetskrav Pilot test viser, at ERCA2 (elektrolytisk blødgøring) er anvendelig på Dalum, og kan levere tilstrækkeligt blødgjort vand med en kvalitet, der overholder vandkvalitetskravene.

28 Opsamling Forskellige løsning, og den rigtige afhænger af lokale forhold, råvandskvalitet, eksisterende anlæg mv. Blødgøring medfører en ekstra vandpris på ca. 2 kr/m 3 Blødgøring spare energi/ressource og investering kommer igen hos forbrugeren 1½-2½ gange. Elektrolyse og ionbytning velegnet til mindre og middelstore anlæg Elektrolyse har begrænsninger i forhold til brom og klor Ionbytning har større vandtab og kemisk forbrug, samt muligt behov for UV Membran kræver meget energi De kemiske kræver styring og vedligehold /velegnet for større anlæg Blødgøring kun nødvendig til en vis grad ingen værdi i at gøre vandet for blødt!