|
Rensning for nitrat og pesticider i små vandforsyningsanlæg 3 Metoder for enkelt vandforsyningsanlæg
I dette kapitel omtales de særlige forhold der er ved enkelt vandforsyningsanlæg, samt de behandlingsmetoder der kan anvendes. Der benyttes de amerikanske betegnelser POU (= Point Of Use) for behandling af drikkevandet ved den enkelte vandhane, og POE (= Point Of Entry) for behandling af drikkevandet ved indgangen til en ejendom. I Danmark vil råvandet i mange tilfælde skulle forbehandles for at fjerne jern og mangan og øge iltindholdet, hvilket typisk vil ske ved luftning og dernæst filtrering i et sandfilter. Hvis råvandet indeholder bakterier, vil de typisk kunne reduceres tilstrækkeligt ved de nedenfor beskrevne processer i et POE anlæg. Der kan dog være tilfælde, hvor en forudgående desinfektion kan blive nødvendig. For POU anlæg vil bakterier i råvandet udgøre et større problem, hvilket beskrives nedenfor. 3.1 Særlige forhold for enkelt vandforsyningsanlægSammenlignet med større anlæg er de særlige forhold:
Til ovennævnte kan der føjes følgende bemærkninger: Ad. 2: For et POU anlæg kan vandvolumenet for eksempel være 5 liter, dvs. der skal bruges 5 liter vand før der kommer vand ud af hanen som ikke har stået i POU anlægget. Tilløbsrøret til POU anlægget har også et volumen, der på en landejendom nemt kan være for eksempel 10 liter. Vandvolumenet for POU er da en mindre del, men temperaturen er højere ved et POU anlæg under en køkkenvask end i tilløbsrøret i jorden. Ad.4: Forholdet kan eventuelt forbedres ved at køle anlægget eller kun rentvandstanken. Ad.7: Angående monitering for nitratudslip skal det som sidebemærkning nævnes, at det tidligere har været vanskeligt at måle nitratkoncentrationen i det behandlede vand. I dag findes der metoder, for eksempel beskriver /Ref.10/ en måler/sensor, der kan bestemme nitratkoncentrationen ved UV absorption med en bølgelængde på 220 nm fra en deuterium pære. 3.2 Rensning for pesticiderDe aktuelle metoder for rensning af pesticider i drikkevand er Aktiv kul (GAC i filtre) og membranfiltrering. 3.2.1 Aktivt kul filtrering (GAC)Fordelene er:
Ulemperne er:
Til ovennævnte kan der føjes følgende bemærkninger: Ad.B: Aktiv kulfiltrering efterfølges af UV behandling. Ad.C: Hvis råvandskvaliteten er stabil vil vandforbruget være et udtryk for, hvornår kullene skal skiftes. 3.2.1.1 Aktivt kul filtrering (PAC)Som en sidebemærkning skal det nævnes, at der for tiden arbejdes på udvikling af PAC (powder activated carbon) kulfiltre. Mens man (som omtalt i afsnit 2.1.1) på vandværket ved Münster i Tyskland, tilsætter PAC til vandet og udskiller det senere, er der her ved enkelt vandforsyningsanlæg i stedet tale om, at PAC indgår i en filterpatron. Disse PAC filtre vil måske vise sig at have længere gangtider og dermed være mere økonomiske end GAC filtre. 3.2.2 MembranfiltreringDer benyttes oftest membraner med en tæthed i grænseområdet mellem nanofiltrering og omvendt osmose, der drives ved relativt lave tryk (4-8 bar). I Tyskland kaldes processen ofte nanofiltrering, mens den i USA mest kaldes omvendt osmose. Fordelene er:
Ulemperne er:
Til ovennævnte kan der føjes følgende bemærkninger: Ad. C: I rejektvandet er koncentrationen af stoffer typisk 2-3 gange højere end for råvandet. Hvis vandet ledes til nedsivning vil der således ske en forhøjelse af saltindholdet i det højtliggende grundvand. Hvis der er kloak kan vandet ledes til renseanlæg – for en enkelt familie vil der blive tale om bortledning af for eksempel 250 liter per dag. I kystnære områder kan vandet muligvis ledes via drænledninger til havet. Ved at vælge den rigtige membran kan indholdet af pesticider reduceres uden, at vandet afsaltes for meget, og uden at pH falder for meget. Efter behandlingen er vandet trykløst, hvorfor der kræves en pumpe. Nogle membraner kan ikke tåle klor. 3.3 Rensning for nitratDe aktuelle metoder til rensning for nitrat i drikkevand er ionbytning og omvendt osmose. 3.3.1 IonbytningFordelene er:
Ulemperne er:
Til ovennævnte kan der føjes følgende bemærkninger: Ad. A: Hvis råvandskvaliteten er stabil vil vandforbruget være et udtryk for, hvornår ionbytteren skal regenereres. Ad. B: Lave pH værdier medfører korrosion af metaller. Problemet kan klares ved at skifte vandrørene i huset til plast og anvende vandhaner i specialstål. Ad. C: Hvis der for eksempel er tale om et POE anlæg for en enkelt familie med et vandforbrug på 600 l/dag svarende til 18 m³/måned vil der måske skulle bortskaffes 500 liter væske per måned med et stort indhold af natriumklorid og nitrat, som er uegnet til nedsivning. Afhængig af de lokale forhold kan det måske ledes til kloak, genanvendes eller måske opsamles i en beholder for afhentning til Kommunekemi. Ionbytteren kan også fjerne andre anioner, hvilket både kan være en fordel og en ulempe. 3.3.2 Omvendt osmoseDa nitratmolekylet er lille (mindre end pesticidmolekylerne) skal membranerne for nitratfjernelse fra drikkevandet være tættere end for fjernelse af pesticider. Den rigtige proces betegnelse er derfor omvendt osmose, mens ordet nanofiltrering dog også anvendes. Fordele, ulemper og bemærkninger er de samme som for membranfiltrering af pesticider (afsnit 3.1.2), dog er disse tættere membraner mere følsomme for belægninger fra hårdt vand, jern og mangan, organisk stof, m.m. 3.4 Simultan rensning for pesticid og nitratDen eneste metode der simultant kan rense drikkevandet for pesticid og nitrat er omvendt osmose, som er beskrevet i afsnit 3.3.2. 3.5 Eksempler på anlæg i drift til produktion af drikkevandDer er både POU og POE anlæg i drift i USA og Tyskland og andre steder i verden. I forbindelse med dette projekt er der besøgt POU og POE anlæg i landområdet Kreis Kleve i delstaten Nordrhein Westfahlen, Tyskland. De første enkelt vandforsyningsanlæg i det område blev sat i drift for ca. 15 år siden. De data, der refereres nedenfor, stammer fra dokumentation modtaget fra Hr. Mye fra Bundesamt Kreis Kleve samt oplysninger indhentet på stedet. Grundvandet i området er karakteriseret ved at være blødt/middelhårdt, ret lavt jernindhold, svingende manganindhold, neutral pH og et vist iltindhold. Således er enkelt vandforsyningsanlæggene generelt uden forbehandling såsom luftning og sandfiltrering. Anlæggene er beskrevet i de efterfølgende afsnit: 3.5.1 POE anlæg på stor gårdOverordnet: Egen boring 13 m dyb, ingen forbehandling, POE anlæg, 11 år gammelt, placeret i frostfrit let opvarmet bryggers, etableret aht. forhøjet nitrat, få driftsproblemer. Råvand: Jern ca. 0,1 mg/l. Noget mangan ca. ? mg/l. Hårdhed 12 °dH. Nitrat ca. 115 mg/l. Nitrit ca. 1,9 mg/l. Proces: Se figur 3. 2 parallelle anionbyttere type Judo JDN med saltbeholder til 40 kg og styring af returskyl og regenerering via flowtæller og indstilling af nitrat koncentration i råvandet. Saltet (NaCl) leveres som tabletter for opløsning i saltbeholderen. Kan behandle maks. 2 m³/h. Ionbytterkapacitet: 2 · 0,8 mol. Regenerering hver 4. dag. Driftstryk 3-6 bar. Tilsluttet 220 V el. Kører automatisk. Rentvand: Kimtal ved 20° er typisk ca. 5 men værdier op til 25 har været målt. Kimtal ved 36° er typisk = 30. pH = 5,5 til 7,3. Nitrat ca. 4 mg/l, men har ved for sen regenerering været højere, eksempelvis 16 mg/l. Bemærkninger: Der foreligger kun få vandanalyser. Mangan er opløst ved den lave pH og har ikke medført misfarvning eller udfældning. Aht. den lave pH for det behandlede vand er alle vandrør i huset i plast og vandhanerne er i rustfast special stål. Der var en logbog ved anlægget, men det er ikke oplyst, hvor ofte anlægget tilses af eksperter, eller hvor ofte der tages vandprøver for analyse. Der er ca. 600 styk af denne slags ionbyttere i drift for nitratfjernelse i Tyskland. 
Figur 3. Ionbyttere for nitratreduktion på stor gård. Bemærk at dækslet på toppen af ionbytterne er demonteret for at vise ”flowtæller-styringen”. Nederst ses saltlageret. 3.5.2 POE anlæg på landcaféLandcaféen har gæster hele året, flest om sommeren. Der var ca. 30 siddepladser indendørs og ca. 30 siddepladser udendørs. Overordnet: Egen boring 6 m dyb, boosterpumpe før forbehandling: Dosering af natriumhydroxid for at hæve pH før filter med greensand for fjernelse af mangan, POE anlæg, 13 år gammelt, ændret i 1998, placeret i frostfrit køligt kælderrum, etableret aht. nitrat, få driftsproblemer. Råvand: Mangan ca. 1 mg/l. pH ca. 6,5. Nitrat indhold på ca. 80 mg/l (men op til 150 mg/l har været målt). Proces: Se figur 4. Én anionbytter type Induwa KAZN med saltbeholder. Saltet (NaCl) leveres som tabletter for opløsning i saltbeholderen. Kan behandle maks. 1,2 m³/h. Driftstryk 2-6 bar. Tilsluttet 220 V el. Kører automatisk. Rentvand: Kimtal ved 20° er typisk = 10. Kimtal ved 36° er typisk = 20. Nitrat ca. 1,5 mg/l. Nitrit ca. 0,03 mg/l. pH ca. 6,5. Bemærkninger: Vandanalyser foretages 1 gang om året. Tilsyn derudover er ikke oplyst. Saltforbrug ca. 25 kg/uge. Interne rør og armaturer i behandlingsanlægget er i plast, mens rør i bygning er i galvaniseret stålrør. Ingen/”almindelige” korrosionsforhold. 
Figur 4. Ionbytter for nitratreduktion på landcafé. Forbehandling: Dunk med natriumhydroxid i midten og greensandfilter til højre. Til venstre skimtes toppen af ionbytteren som er placeret i saltlageret. 3.5.3 POU anlæg i landsbyhus for én familieOverordnet: Egen boring (sammen med 5 andre familier) 16 m dyb, ingen forbehandling, POU 1 år gammelt (erstatter en ældre model der havde kørt i 12 år), placeret under vask i varmt køkken – derfor køling af vand i rentvandstank, etableret aht. nitrat, få driftsproblemer. Råvand: Ingen jern og mangan af betydning. Middel hårdhed. Nitrat ca. 70 mg/l. Proces: Se figur 5. Partikelfilter, aktiv kul filter og omvendt osmose i 3 ens små beholdere (type Culligan Aqua Cleer H8), rentvandsbeholder på 10 liter, køleanlæg for at holde rentvandet koldt. Der er kun forsyning med koldt vand fra dette anlæg - ikke varmt vand. Rentvand: Kimtal ved 20° er typisk ca. 3, men op til 20 har været målt. Kimtal ved 36° er typisk ca. 3, men op til 50 har været målt. pH = 7 til 7,8. Nitrat = 8 til 25 mg/l. Nitrit = 0,1 mg/l. Bemærkninger: Vandanalyse foretages hver tredje måned. Aktiv kulfilteret er ikke nødvendigt. Driftstrykket er ikke oplyst, men det er grundvandspumpen, der pumper vandet igennem anlægget (der er ikke nogen boosterpumpe). Det vurderes, at pumpetrykket før anlægget er ca. 3 bar, hvilket er lavt og viser, at et lille omvendt osmose anlæg kan drives ved lave tryk. Rejektvandet ledes til køkkenvaskens afløbsrør (på samme måde som for eksempel afløbet fra en opvaskemaskine). Rejektvandsmængden er ikke oplyst. Anlæggets pris eksklusiv køler er ca. 12.000 kr. 
Figur 5. POU omvendt osmose anlæg for nitratreduktion. Placeret under køkkenvask. Til højre ses 3 ens beholdere for partikelfiltrering, aktivt kul filtrering og omvendt osmose. I midten ses rentvandsbeholderen og til venstre ses køleanlægget for køling af vandet i rentvandsbeholderen. 3.5.4 Andre besøgte anlægDesuden er der besøgt 2 anlæg, hvor der ikke er taget fotos og kun er givet få oplysninger. Det ene var et POE anlæg i et stort landhus der svarer til anlægget ”POE anlæg på stor gård” som er beskrevet ovenfor. Afvigende er ionbytterfabrikatet, som er Grünbeck, og at anlægget er opstillet i et kombineret bryggers og fyrrum. Det andet var et POE anlæg svarende til ”POE anlæg i landcafé”. Afvigende er, at anlægget er nyt og har kostet ca. 25.000 kr., og at der er et saltlager til 3 måneders forbrug. Anlægget er opstillet i et isoleret og frostfrit udhus. 3.5.5 BemærkningerRejektvandet fra omvendt osmose og regenerationsvandet fra ionbytning blev ledt til ejendommenes egne nedsivningsanlæg sammen med ejendommens øvrige spildevand (der er ikke kloak i området). Det betyder, at salte ledes ud i jorden – især ved ionbytning. IWW har foreslået, at regenerationsvandet fra ionbytning opsamles i en beholder, der afhentes for videre behandling/udnyttelse/udledning. Der er ikke analyseret for pesticider. På de ældste anlæg har der typisk været en indkøringsperiode med utilfredsstillende vandkvalitet, mens dette ikke har været tilfældet for det nye omvendt osmose anlæg beskrevet under ”POU anlæg i landsbyhus for én familie”. Alle de besøgte anlæg er enkeltvis blevet godkendt for installering og idriftsætning af Bundesamt Kreis Kleve på baggrund af tests udført af - og rådgivning af - blandt andre IWW. Bundesamt Kreis Kleve har også fastlagt moniteringsprogrammet. Til orientering skal det bemærkes, at Bundesamt Kreis Kleve fremover ikke vil godkende POU anlæg, men kun POE anlæg. Årsagen er de ulemper der er ved POU i forhold til POE, og som er nævnt i afsnit 3.1, samt at servicering er nemmere på et POE anlæg. 3.6 Generel orientering om andre anlægstyperFlere store firmaer har udviklet enkelt vandforsyningsanlæg af en anden type end de anlæg, der er fremherskende i USA og Tyskland. Eksempler er ”bordmodeller”, der ligner store kaffemaskiner, som kan stilles på et køkkenbord og tilsluttes vandhanen for produktion af drikkevand. Nogle kan indbygges i et køleskab for at mindske biovæksten. Disse POU anlæg er særligt tiltænkt det asiatiske og måske snart også det sydamerikanske marked. Producenterne får disse anlæg testet på uvildige institutter som for eksempel IWW. Testproceduren foretages ofte efter amerikansk standard (ANSI/NSF – se afsnit 4.1.2).
|