|
Behandling af reduceret vand på mindre vandværker 4 Udførte ændringer
4.1 Generelle retningslinier for dimensioneringen4.1.1 BeluftningVed beluftning af råvand skal der tilføres tilstrækkelig ilt til forbruget ved vandbehandlingen. Derudover skal restindholdet af ilt ved indløbet til forbrugeren være minimum 5 mg/l O2. Indhold af de skadelige gasarter metan og svovlbrinte skal afblæses. Teoretisk kan den minimalt nødvendige ilttilførsel, til iltfrit råvand, beregnes efter følgende formel: 5 + (CFe * 0,14) + (CMn * 0,29) + (CNH4 * 3,6) = CO2, tilførsel,min. hvor CFe = koncentrationen af jern i råvandet i mg/l CMn = koncentrationen af mangan i råvandet i mg/l CNH4 = koncentrationen af ammonium i råvandet i mg/l CO2, tilførsel, min. = den minimale ilttilførsel ved vandbehandlingen i mg/l Beregningsformlen forudsætter at gasserne metan og svovlbrinte afblæses fuldstændigt ved beluftningen, og at der ikke omsættes organisk stof ved en aerob proces i filtrene. Ved reduceret vand vil den dimensionsgivende parameter for designet af beluftningen normalt ikke være ilttilførselen, men i stedet afblæsningen af gasser. En standard trappeiltning med 4 - 5 trin eller en iltningsbakke vil normalt kunne behandle råvand med op til 0,3 mg/l metan og spor af svovlbrinte. Høje trapper med et større antal trin vil kunne afblæse større mængder metan, men der benyttes sjældent trappeiltning ved et metanindhold på over 1 mg/l, da trapperne i så fald bliver uforholdsmæssigt høje. Med et højere metanindhold kan der benyttes enten bundbeluftning eller INKA afblæsning. I Vandforsyning (1998) er givet vejledende værdier for luft/vand forholdet ved bundbeluftning med diffusorer ved forskellige metanindhold i råvandet. Luft/vand volumenforholdet (L/V) i forhold til metanindholdet i råvandet i mg/l (CCH4) ligger i størrelsesordenen 1,5 – 2 [(L/V) / CCH4] ved et metanindhold på op til ca. 4 mg/l metan. INKA afblæsningen er yderst effektiv til afblæsning af gasser og kan benyttes op til meget høje indhold af metan og svovlbrinte i råvandet. Der benyttes typisk et luft/vand forhold på 50 – 300. Ulempen ved INKA afblæsningen er, at den kraftige afblæsning kan medføre kraftigt kalkfældende vand efter behandlingen, hvorved der bliver forøget risiko for sammenkitning af filtermateriale og udfældning af kalk i rentvandsledninger. Jo kraftigere beluftning des mere kuldioxid vil afblæses fra vandet og jo højere pH vil det beluftede vand generelt have. Dette medfører en stigende risiko for udfældning af kalk. Hvis en meget kraftig beluftning er nødvendig for fjernelsen af reducerende gasser, kan en dosering af kuldioxid til vandet være nødvendig for at minimere kalkudfældningen. 4.1.2 Jern- og turbiditetsfjernelseI henstandstanken reagerer råvandets indhold af opløst jern (Fe2+) med ilt (O2), og der dannes suspenderet stof i form af jernoxyhydroxid (FeOOH) ved hydrolyse. 2 Fe2+ + ½ O2 + 4 OH- 2 FeOOH + H2O Hastigheden, hvormed reaktionen foregår, er kraftigt pH afhængig således at stigende pH medfører hurtigere reaktion. Ved en forøgelse af pH med 1, svarende til en forøgelse af koncentrationen af hydroxydioner med en faktor 10, vil iltningshastigheden af jern(II) øges med en faktor 100. Det dannede okker frafiltreres herefter i sandfilteret. Iltningen af jern(II) kan dog foregå hurtigt selv ved et forholdsvist lavt pH, hvis iltningen foregår heterogent, dvs. i selve filteret (såkaldt katalytisk afjerning). Samtidigt kan der ved en heterogen iltning tilbageholdes mere okker i filteret imellem returskylninger, og indholdet af jern og turbiditet i afløbet fra filteret er ofte lavere end i anlæg med henstandstank. Jern kan desuden fjernes fra råvandet ved en biologisk proces ved dybdefiltrering. Denne proces udmærker sig ved at kunne behandle råvand med endog meget højt råvandsindhold af jern på op til 20 – 30 mg/l ved enkeltfiltrering. Processen kan kun forløbe effektivt ved et forholdsvist lavt iltindhold og lavt pH i vandet. Samtidig hæmmes de biologiske processer ved tilstedeværelsen af svovlbrinte i vandet. Biologisk jernfjernelse vil derfor sædvanligvis ikke kunne benyttes ved rensning af reduceret vand. Hvorvidt der benyttes enkelt eller dobbeltfiltrering af vandet ved den traditionelle kemisk/fysiske jernfjernelse afhænger primært af råvandsindholdet af jern. Et jernindhold i råvandet på over 2 – 3 mg/l vil typisk kræve en dobbeltfiltrering, for at opnå en tilfredsstillende rentvandskvalitet. Rensegraden for jern ved enkeltfiltrering kan ikke forventes større end 90 – 95 %. Med et drikkevandskrav på 0,1 mg/l giver dette en maksimal tilløbskoncentration på 2 – 3 mg/l for enkeltfiltrering. 4.1.3 AmmoniumfjernelseOmsætningen af ammonium i vandværksfiltre sker ved en mikrobiologisk proces, hvor ammonium (NH4+) omdannes til nitrat (NO3-) over mellemproduktet nitrit (NO2-). Ved processen forbruges teoretisk ca. 3,6 mg ilt per mg ammonium. En væsentlig betingelse for at opnå en tilfredsstillende rensning for ammonium er derfor, at der er tilstrækkelig ilt til rådighed, til at alt ammonium kan omdannes til nitrat. Mikroorganismernes omsætning af ammonium afhænger af den til rådighed værende filterdybde og filterhastigheden. Hvis filterdybden er for lille i forhold til filterhastigheden vil mikroorganismerne ikke have tilstrækkelig tid til at omsætte vandets indhold af ammonium, og der vil forekomme et forhøjet indhold af ammonium og/eller nitrit i rentvandet. En effektiv omsætning af ammonium vil først begynde i en filterdybde, hvor hovedparten af råvandets jernindhold er frafiltreret. De nitrificerende mikroorganismers effektivitet er desuden kraftigt afhængig af vandtemperaturen. Ved et temperaturfald på 1°C vil der teoretisk set skulle benyttes ca. 10% mere filtervolumen til omsætningen af ammonium. Det kan derfor forekomme, at vandværker kan overholde drikkevandskravene for ammonium og nitrit ved prøveudtagning om sommeren, mens prøver udtaget om vinteren viser overskridelser. Filtervolumenet er i så tilfælde ikke designet efter den laveste vandtemperatur. Omsætningen af ammonium kan derudover være hæmmet af stoffer i råvandet, som forårsager en langsom omsætningshastighed, eller medfører at omsætningen af ammonium helt stopper ved en bestemt restkoncentration i vandet. Disse stoffer skal i så fald fjernes inden filtreringen, for at der kan opnås en tilfredsstillende rensning for ammonium. Restindhold af reducerende gasser i vandet efter beluftningen, såsom svovlbrinte, kan nedsætte eller helt inhibere omsætningen af ammonium senere i renseprocessen. Tilsvarende er det set, at biologiske belægninger på fx iltningstrapper kan medføre efterfølgende problemer med ammoniumomsætningen i filtre. En periodevis rengøring af de forudgående procestrin for belægninger kan i så fald medføre en hurtig forbedret ammoniumomsætning. Yderligere er en stabil jævn ammoniumbelastning af filtrene også fordelagtig, da de ammoniumomsættende mikroorganismer umiddelbart efter opstart vil være i en form for dvale og først efter en vis driftstid have en optimal omsætning. En kort driftstid per døgn med høj ydelse og mange driftsstop vil derfor generelt medføre højere ammoniumindhold i rentvandet end en lang kontinuert driftstid med lav belastning. 4.2 Bogø Vandværk4.2.1 Baggrund for teknisk løsningRåvandet til Bogø Vandværk indvindes både fra ikke-reduceret og reduceret grundvand, jf. Tabel 3.1. Det reducerede grundvand indholder metan og svovlbrinte i koncentrationer, som ikke kan forventes fjernet ved en trappeiltning. Restindhold af gasserne efter beluftningen kan medføre en hæmning af ammoniumomsætningen i filtrene. Beluftningen af vandet skulle derfor forbedres, så de skadelige gasser med sikkerhed afblæses fuldstændigt ved alle driftsforhold. Én af dykpumperne i boringerne havde en væsentlig større ydelse end de resterende dykpumper. Ved alternerende drift vil ammoniumbelastningen af filtrene derfor variere kraftigt. Dette er ikke befordrende for en god ammoniumomsætning. Ydelsen af denne pumpe kunne derfor med fordel reduceres, så driftstiden per døgn blev øget til ca. 20 timer under alle indvindingsforhold. 4.2.2 Teknisk løsningDen eksisterende dykpumpe, med en ydelse på ca. 55 m3/t, udskiftedes til en pumpe med lavere kapacitet på ca. 11 m3/t. De 3 boringer kan derved levere et identisk flow, og der opnås en mere jævn belastning af vandværket ved alternerende drift af boringerne. Med et indhold af metan på op til 1,9 mg/l i råvandet og risiko for kalkudfældning i filtrene ved en kraftig afblæsning, vil bundbeluftning være den rette proces til supplerende iltning og afblæsning. Volumenet af den eksisterende henstandstank kan med fordel reduceres og bundbeluftning installeres i det reducerede volumen. Der benyttes fintboblet fuld bundbeluftning, og rørføringen udføres således, at der forekommer modstrøms flow mellem luft og vand. Denne opbygning af afblæsningsprocessen sikrer den størst mulige afblæsningseffektivitet og formindsker muligheden for at råvand kan passere ubehandlet gennem afblæsningen. Opholdstiden i bundbeluftningstanken er ca. 15 - 20 minutter. Den eksisterende iltningstrappe bibeholdes. Bundbeluftningsblæseren udføres med frekvensregulering, således at det nødvendige luftflow kan indstilles under indkøringen. Samtidig automatiseres beluftningen til regulering af luftflowet efter antallet af indkaldte boringer. En frekvensregulering af blæseren udgør en forholdsvis lille ekstraomkostning og sikrer at den nødvendige afblæsning kan indstilles, hvorved risikoen for eventuelle kalkudfældninger minimeres. Samtidig kan afblæsningen justeres fx ved ændringer i råvandskvaliteten. De eksisterende filtre bibeholdes uden ændringer. Figur 4.1 viser en processkitse af Bogø Vandværk efter ombygningen.
Figur 4.1 Processkitse af Bogø Vandværk efter ombygningen 4.2.3 ØkonomiUdgifter afholdt af Bogø Vandværk i forbindelse med ombygningen er nedenstående angivet excl. moms. Bygningsarbejde: Etablering af dæk under eksisterende iltningstrappe, opdeling af eksisterende henstandstank i maskinrum og bundbeluftningstank og diverse rådgivning i forbindelse hermed udgør ca. kr. 120.000. Maskin- og elarbejde: Montage, bundbeluftningsudstyr og rør, blæser incl. frekvensregulator, flowmåler, elarbejde og programmering udgør ca. kr. 120.000. Totalt har de samlede udgifter til den beskrevne ombygning udgjort ca. kr. 240.000. Vandværket har herudover selv forestået indkøb og udskiftning af dykpumpe, som udgør ca. kr. 15.000. 4.3 Slimminge Vandværk4.3.1 Baggrund for teknisk løsningSlimminge Vandværk indvinder let reduceret grundvand med et lavt indhold af metan og svovlbrinte, som kan fjernes ved den eksisterende bakkeiltning af vandet. Indholdet af jern, mangan og ammonium i råvandet bør kunne fjernes ved en effektiv enkeltfiltrering. De eksisterende vandbehandlingsenheder kan derfor bevares i deres nuværende udformning. Den væsentligste årsag til nitrifikationsproblemerne vurderes at være den høje indpumpning per time kombineret med den korte driftstid per døgn. Udskiftning af de eksisterende dykpumper til nye med en lavere ydelse vil nedsætte ammoniumbelastningen af filtrene og forøge driftstiden per døgn. Begge tiltag vil forbedre ammoniumomsætningen i filtrene. Yderligere kan intervallet mellem returskylning med fordel sænkes for at undgå gennembrud af okker i den sidste del af filterets driftsperiode. 4.3.2 Teknisk løsningDe eksisterende 2 dykpumper, med en ydelse på ca. 27 og 36 m3/t, udskiftes til dykpumper med lavere kapacitet på ca. 10 m3/t per pumpe. Driftstiden per døgn vil herved øges til ca. 10 timer. Skylleintervallet ændres ved omprogrammering af PLC'en fra returskylning af alle filtre for hver 1500 m3 filtreret vand til returskylning for hver 1100 m3 filtreret vand. Der henvises til Figur 3.2 for en processkitse af Slimminge Vandværk. 4.3.3 ØkonomiSlimminge Vandværk har selv forestået udskiftning af dykpumper og omprogrammering af returskylning. Udgifter til udskiftning af dykpumper udgør ca. kr. 25.000 alt incl. 4.4 Gunderød Vandværk4.4.1 Baggrund for teknisk løsningGunderød Vandværk indvinder reduceret grundvand med indhold af metan, som skal fjernes ved en kraftig mekanisk afblæsning. Den eksisterende INKA afblæsning, som ikke giver gener i form af kalkudfældning i filtre og ledningsnet, er en passende beluftningsproces. Råvandets forholdsvis høje indhold af jern (2,7 mg/l) og ammonium (1,6 mg/l) kan ikke forventes effektivt fjernet i den eksisterende enkeltfiltrering. Gunderød Vandværk er opbygget med enkeltfiltrering i to parallelle filtre. Dette kan med fordel ombygges til et for- og et efterfilter samtidig med en forøgelse af filterhøjden. Herved kan jernfjernelse og ammoniumomsætning adskilles i for- og efterfilter, hvorved de nitrificerende mikroorganismer kan få bedre betingelser, og der fås mere filtervolumen til omsætningen af ammonium til nitrat. Mange vandværker har gennem de seneste år fået en betydelig overkapacitet på grund af det faldende vandforbrug. Derfor vil denne løsningsmodel med ombygning af parallelle enkeltfiltre til for- og efterfiltre kunne benyttes, eventuelt sammen med en nedsættelse af råvandsflowet. Begge tiltag vil kunne medføre en væsentlig forbedret rentvandskvalitet typisk uden de store investeringer. Den eksisterende henstandstank kan nedlægges, hvorved jernfjernelsen ændres til en katalytisk proces. Dette vil give yderligere filtervolumen til omsætning af ammonium. Henstandstanken kan herved benyttes som mellempumpebeholder, hvis nødvendigt, da der skal foretages et hydraulisk løft af vandet mellem for- og efterfilter. 4.4.2 Teknisk løsningFra det eksisterende INKA anlæg ledes det iltede vand direkte til forfilter, ved montage af en opsamlingsrende over henstandstanken. Der monteres en frekvensstyret pumpe i afgangen fra det ene eksisterende filter. Pumpen styres efter fastholdt niveau i vandstanden over forfilteret, og løfter vandet op i tilløbet til det andet eksisterende filter, som herved bliver efterfilter. I forbindelse med selve ombygningen blev det besluttet ikke at lave en mellembeholder, hvorfor henstandstanken er nedlagt. Der ilægges nyt kvarts filtermateriale i forfilteret, der er afpasset efter den katalytiske afjerningsproces. Figur 4.2 viser en processkitse af Gunderød Vandværk efter ombygningen.
Figur 4.2 Processkitse af Gunderød Vandværk efter ombygningen 4.4.3 ØkonomiUdgifter afholdt af Gunderød Vandværk i forbindelse med ombygningen er nedenstående angivet excl. moms. Bygningsarbejde: Etablering af afløbsrende under eksisterende INKA anlæg, udhugning af rør og tilstøbninger, filtersand til forfilter og ilægning af filtersand udgør ca. kr. 110.000. Maskin- og elarbejde: Montage, rør, mellempumpe incl. frekvensregulator, niveaumåler, elarbejde og programmering udgør ca. kr. 120.000. Totalt har de samlede udgifter til den beskrevne ombygning udgjort ca. kr. 230.000.
|
