METANFJERNELSE I VANDVÆRKER- UNDERSØGELSE AF MIKROBIEL VÆKST

Transkript

1 METANFJERNELSE I VANDVÆRKER- UNDERSØGELSE AF MIKROBIEL VÆKST Kandidatspeciale 2008 Udarbejdet af: Thorbjørn Ertbølle Olafsson Vejleder: Hans-Jørgen Albrechtsen

2 INDLEDNING Problemer relateret til behandling af reduceret vand med metan: 1. Kvalitetsmæssigt Ammonium og nitrit i drikkevand Lav iltkoncentration ved forbruger Forhøjede kimtal i drikkevand Risiko for eftervækst på grund af forøgelse af AOC 2. Driftmæssigt Dannelse af biofilm i beluftningssystem og rørføring Udfældning af kalk ved kraftig beluftning Sammenkitning af filtermateriale med risiko for kortslutning af filterprocesserne Energiforbrug til beluftning

3 FORMÅL Undersøge metanfjernelsen i vandværket, og undersøge hvordan denne metanfjernelse påvirker den mikrobiologiske vandkvalitet. Hvordan ændres koncentrationen af metan gennem vandværket? Hvordan ændres den mikrobiologiske kvalitet gennem vandværk ved følgende driftsforhold?: Normal drift (normal metanbelastning) Forøget metanbelastning (høj metanbelastning) Ændret råvandssammensætning med forøget NVOC koncentration (høj NVOC) Hvordan ændres vækstpotentialet før og efter forfilteret ved en forøget metanbelastning? Hvilken omsætningsrate for metan kan der opnås i et batchforsøg, ved anvendelse filtersand fra Stenholt vandværk, og hvordan stemmer det overens med den metanfjernelse, der observeres i filtrene?

4 BAGGRUND CH 4 Exopolymer (polysakkarid) Methylomonas (Type I)

5 STENHOLT VANDVÆRK Produktion: m 3 /time Kapacitet: 300 m 3 /time

6 UNDERSØGELSER Følgende undersøgelser blev udført: 1. Normal drift (Indledende metanmåling) Normal metanbelastning 2. Ændret drift Høj metanbelastning Høj NVOC 3. Omsætningsforsøg 1,, / exp 1 1 l g c h L l c g indløb l udløb l Q Q H T a K Q H Q S S Boring med lavt NVOC indhold blev sat ud af drift

7 MÅLEPARAMETRE Metan Ilt/pH NVOC (Non Volatile Organic Carbon) Kim 20,R2A / Kim 22,gæreks. Henstandsforsøg (vækstpotentiale) ATP analyse UV/persulfat-metoden

8 RESULTATER INDLEDENDE MÅLING Prøve nummer Middel Std. Afvigelse 95 % konfidensinterval COV Enhed mg/l mg/l mg/l mg/l % RÅV 24,4 28,7 30,0 27,7 2,9 20,4-35,0 11 EB 0,407 0,414 0,394 0,405 0,010 0,381-0,429 2 FF 0,310 0,324 0,336 0,323 0,013 0,290-0,356 4 EF 0,036 0,029 0,029 0,031 0,004 0,021-0, EE 0,025 0,027 0,026 0,026 0,001 0,024-0,028 4 RENTV 0,060 0,057 0,058 0,059 0,001 0,055-0,062 2 Reproducerbarhed af metanmålinger Da afgasningen af metan ved prøvetagningen forøges jo højere koncentrationen er i vandet, er det svært at foretage en reproducerbar måling af råvandet. Ved lave koncentrationer er der en god reproducerbarhed.

9 RESULTATER GENNEM VANDVÆRK 1,7 mg/l

10 RESULTATER GENNEM VANDVÆRK Grænseværdien for kim 22,gæreks. på 50 CFU/ml, kan omsættes til en grænseværdi for kim 20,R2A på 1100 CFU/ml. grænseværdi

11 RESULTATER GENNEM VANDVÆRK Største stigning i heterotrofe bakterier sker gennem beluftningen. Specielt ved høj metanbelastning. Lille forskel på undersøgelsen med normal metanbelastning og høj NVOC. Dvs. høj NVOC-koncentration har lille betydning for væksten af heterotrofe bakterier. Indikerer at det organiske materiale ikke er særligt reaktivt. grænseværdi

12 RESULTATER HENSTANDSFORSØG Ved oxidation af metan sker der er en forøgelse af vandets vækstpotentiale, hvilket betyder at koncentrationen af AOC er forøget. En forøgelse af metanoxidationen i forfilteret med en faktor 4-5, medførte en forøgelse af vækstpotentialet efter forfilteret med en faktor 4. Den biologisk tilgængelige del af det organiske materiale reduceres kraftigt gennem forfilteret ved undersøgelsen af normal metanbelastning og høj NVOC.

13 RESULTATER HENSTANDSFORSØG Kim 20,R2A Kim 22,gæreks. ATP God sammenhæng mellem kim 20,R2A og ATP.

14 OMSÆTNINGSFORSØG - 1. ORDEN Undersøgelse Opholdstid, time K 1,CH4, time -1 Indledende 0,41 5,72 Normal metan 0,39 8,57 Høj metan 0,32 3,82 1. ordens hastighedskonstanten blev fundet til 1,07 time -1. Ved høje metankoncentrationer er omsætningen lineær. Høj NVOC 0,30 6,77 Batch forsøg - 1,07

15 OMSÆTNINGSFORSØG MONOD Maks. omsætningshastighed: 1,1 mg/l/h Halvmætningskonstant: 0,9 mg/l Omsætningen af metan er 4-5 gange hurtigere i filteret i forhold til batchforsøget.

16 KONKLUSION Ved omsætningsforsøg i laboratoriet blev det bekræftet af metan nedbrydes mikrobielt ved anvendelse af filtermateriale fra Stenholt vandværk. Der observeres ingen tilvændingsfase ved batchforsøget. Det var ikke muligt at opnå samme omsætningshastigheder som i vandværksfilteret. På baggrund af vækstforsøget kan det konkluderes, at metanoxidation medfører en stigning af vandets indhold af biotilgængeligt organisk stof (AOC). Forøget koncentration af AOC, medfører en højere vækstrate af heterotrofe bakterier. Afhængig af AOC-nedbrydningen i efterfilteret, kan oxidationen af metan have en betydelig effekt på eftervækstpotentialet i ledningsnettet. Den største vækst af heterotrofe bakterier sker i beluftningen. Det antydes at NVOC-koncentrationen har lille betydning for denne vækst. Det er sandsynligt, at der allerede i beluftningen sker en betydelig oxidation af metan, der forøger vækstraten af heterotrofe, da koncentrationen af AOC forøges. Den bakteriologiske kvalitet af råvandet har stor betydning for antallet af heterotrofe bakterier gennem resten vandbehandlingen.

17 PERSPEKTIVERING Metan kan medføre en problematisk vækst af heterotrofe bakterier i vandbehandlingen. Undgå kombinationen af høj ilt- og metankoncentration samtidig i længere perioder, da disse forhold fremmer produktionen af exopolymerer. Optimere beluftningen så der undgås kontinuerlig podning. Grundig undersøgelse af den mikrobiologiske kvalitet af råvandet fra vandværksboringer (efterstræbe kontinuerlig indvinding fra boringer ved behandling af reduceret vand med metan). Det er væsentligt at udføre flere undersøgelser, f.eks. i pilot skala. Hvad er mulighederne i, at basere mere af metanfjernelsen på biologiske processer, og derved minimere energiforbrug, kalkudfældning og vækst af heterotrofe bakterier på grund af lang opholdstid i beluftningen?