Kvaliteten af grund og drikkevand i forhold til sundhed og økonomi > Hvilke metoder bruges til vandbehandling i Danmark og hvordan påvirkes drikkevandskvaliteten. Christian Stamer, Krüger A/S CS@kruger.dk Tirsdag den 14. april 2015
Indhold 1. Gennemgang af relevante teknologier beluftning/afblæsning filtrering (desinfektion) Specialprocesser 2. Hvordan påvirkes drikkevandskvaliteten Eksempel: blødgøring 2
Principskitse af vandværksproces Normalbehandling af grundvand Dansk Standard DS 442 Iltningstrappe Forfilter Efterfilter Bundbeluftning Skyllevandsbeholder Skyllepumpe og -blæser Rentvandstank Slambehandling Indvindingsboringer Udpumpning Rentvand Presentation 3 -
Vandværk Simple behandlingsprocesser o Luftning o Iltning o Stripping (CH4, H 2 S, aggressiv CO 2 ) o Filtrering o o Jern- og manganfjernelse Ammoniumomsætning Presentation 4 -
Formål med beluftning 1. Iltning 1. Nødvendig for filterprocesserne 2. Forbedrer smagen 3. Kravværdi 2. Afgasning (stripning) 1. Metan 2. Svovlbrinte 3. Aggressiv kuldioxid 4. Miljøfremmede organiske stoffer (f.eks. klorede forbindelser) Presentation 5 -
COPLATOR o COrrugated PLAte deaerator o Tysk teknologi fra ca. 1970 o Anvendt primært til afgasning af CO 2 i industriel vandbehandling o Gode erfaringer med metan og svovlbrinte i vandværker o Mange anlæg i industrien Presentation 6 -
Filterprocessen Jern og mangan findes som opløst og usynligt i grundvandet. Ved tilførsel af ilt dannes okker og brunsten, som kan fjernes fra vandet ved filtrering. Kemisk reaktion 4 Fe 2+ + O 2 + 6 H 2 O 4 FeOOH(s) + 8 H + 2 Mn 2+ + O 2 + 2 H 2 O 2 MnO 2 (s) + 4 H + NH 4 + + 2 O 2 NO 3 - + 2 H + + H 2 O 7 - Presentation
Åbne og lukkede filtre 8 - Presentation
Blødgøring og partiel afsaltning I det følgende gives en gennemgang af mulighederne med hensyn til hårdhedsreduktion herunder partiel reduktion af sulfat, nitrat og fluorid. Der findes tre vandbehandlingsprocesser, som er praktisk relevante, når der ønskes en reduktion af hårdheden i drikkevand: o Udfældning af CaCO 3 o Ionbytning o Nanofiltrering Presentation 9 -
Pellet reaktor Udfældning af CaCO 3 CaCO 3 eller Calcit er meget tungt opløseligt i modsætning til Ca(HCO 3 ) 2, som er den forbigående hårdhed i drikkevand. Fældning sker ved tilsætning af hydratkalk: o Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2 CaCO 3 + 2 H 2 O eller natronlud: o Ca(HCO 3 ) 2 + NaOH CaCO 3 + NaHCO 3 + H 2 O Der tilføres natrium, hvilket kan være begrænsende. Udfældningen af kalk styres som en hurtig proces med krystallinsk restprodukt, de såkaldte pellets. Krystaldannelse i den hurtige proces fungerer fint, når vandet er renset for jern. Presentation 10 -
Fordele ved Pellet Reactor processen o Der produceres et forholdsvis lille volumen af pellets sammenlignet med slam. o Procesudstyret er kompakt og omkostningerne derved begrænsede; o Processen løber til ende og man undgår efterfældning af kalk i rør og ventiler Presentation 11 -
Presentation 12 -
Fordele og ulemper ved Pelletprocessen + Lavt vandspild + Lavt energiforbrug - Ingen ændring i Mg - Mindre fleksibelt driftsinterval - Øget korrosionsrisiko - Større kemikalier tilsætning - Pasningskrævende - Arbejdsmiljø problematisk o Presentation 13 -
Traditionel ionbytning Der tilføres natrium, hvilket kan være begrænsende 14
CARIX processen Ionbytning o Der er til produktion af drikkevand udviklet en særlig proces til samtidig fjernelse af nitrat, sulfat og hårdhed i en mixed bed. o Løsningen kaldes Carix-systemet. Processens høje effektivitet til fjernelse af hårdhed og sulfat er eftervist i praksis. o Carix adskiller sig fra den normalt anvendte dobbelte ionbytter, der regenereres med syre og lud, ved en helt unik regenerering alene med kuldioxid (CO 2 ) som regenereringsmiddel. o 95 procent af den anvendte kulsyre genvindes ved hjælp af et vakuumsystem. Presentation 15 -
Presentation 16 -
Driftsfasen Presentation 17 -
Regenereringsfasen Presentation 18 -
Fordele og ulemper ved CARIX -processen + Fleksibel proces, som tilpasses råvandets sammensætning ved at justere forholdet mellem kation- og anionmængden + Vandet forbliver ikke korrosivt, da der samtidigt fjernes kationer og anioner + Lave kemikalieomkostninger, da begge ionbyttermasser regenereres med kulsyre, som genvindes. + Ingen ekstra saltbelastning af spildevandet + Meget begrænset efterbehandling af vandet - Stort vandspild - Stort energiforbrug. o Presentation 19 -
Membran filtrering NB: Der tilsættes fosfatholdige kemikalier kan være et problem for afløbsvandet 20
Membran filtrering Nanometer Mikrometer 0,1 1 10 100 1 10 100 1000 Opløste Salte Virus Colloider Bakterier Pollen Partikel Filtrering Sand Mikrofiltrering Ultrafiltrering Nanofiltrering Omvendt Osmose Presentation 21 -
Nanofiltrering Nanofiltrering o Nano-filtre har en porestørrelse, som fjerner alle molekyler over ca. 300 dalton. o Nanofiltrering fjerner herudover mindre molekyler med ladning, for eksempel sulfat og calcium, mens natrium og klorid kun fjernes meget moderat. o Nanofiltrering udvikledes til blødgøring af vand, men viste sig hurtigt meget lovende til behandling af vand med indhold af farve og organisk stof, herunder pesticider. Presentation 22 -
Fordele og ulemper ved membranfiltrering + Ingen forøget risiko for korrosion + Kun lille kemikalietilsætning + Generelt forbedret vandkvalitet - Mindre fleksibelt driftsinterval - Stort vandspild - Stort energiforbrug - Afledning til recipient problematisk o Presentation 23 -
UV-desinfektion Hvordan virker det? UV lys trænger ind gennem cellevægen UV energien ødelæger DNA en i mikroorganismen. Mikroorganismen er inaktiv og ude af stand til at dele sig eller influrere på omgivelserne. Presentation 24 -
UV opbygning Presentation 25 -
UV Anlæg Presentation 26 -
Resulterende vandkemi blødgøring Konklusion De i Danmark anvendte traditionelle vandbehandlingsmetoder giver en rentvandskvalitet, der normalt overholder gældende krav til drikkevandet med god margin. Der er i dag mange, der ønsker tilladelse til videregående behandling. Som eksempel er der set på blødgøring. De anerkendte metoder - kalkfældning - ionbytning og - membranfiltrering overholder alle drikkevandskravene med god margin og både Carix og membranfiltrering giver en generelt forbedret vandkvalitet. Rentvandskvaliteten er ikke begrænsende for valg af blødgøringsmetode 27
Ulemper Fordele Sammenstilling af fordele og ulemper ved de anerkendte blødgøringsteknologier Pellet Carix Membran Ionbytning Lavt vandspild Fleksibelt driftsinterval Ingen forøget risiko for Fleksibelt driftsinterval Lavt energiforbrug Ingen forøget risiko for korrosion Lavt vandspild Ingen ændring i Mg korrosion Kun lille Lavt energiforbrug Kun kuldioxid benyttes kemikalietilsætning God afløbskvalitet (udledning til recipient) Mindre fleksibelt driftsinterval Stort vandspild. Stort energiforbrug. Mindre fleksibelt driftsinterval Større kemikalie tilsætning Tung transport til og fra anlæg Øget korrosionsrisiko Stort vandspild Øget korrosionsrisiko Større kemikalier tilsætning Tung transport til og fra anlæg Stort energiforbrug Afledning til recipient problematisk Pasningskrævende Arbejdsmiljø problematisk 28