Vandrensning ved hjælp af aktiv kulfiltre

Appendiks 4

Anlægsomkostninger for aktiv kulfiltre

1 Belastningsforudsætninger

1.1 Anlægsoversigt

I det følgende er beskrevet, hvilke tiltag der kræves for at indføre kulfiltrering på eksisterende vandværker.

Der tages udgangspunkt i tre vandværksstørrelser og to forureningstyper.

Vandproduktion

De valgte vandværksstørrelser karakteriseres i det følgende ved deres årlige vandproduktion (m³/år) og deres timeproduktion (m³/h), når der produceres vand, dvs. deres døgnproduktion divideret med produktionstiden per døgn.

Hydraulisk opholdstid, T_h

Den ene forureningstype kræver 10 minutter hydraulisk opholdstid, T_h, (opholdstid i kulvoluminet) og den anden 30 minutter hydraulisk opholdstid. Der er for begge opholdstider generelt valgt at dimensionere kulfiltervoluminet svarende til ca. 16 timers produktion pr. døgn, hvilket kan være længere end vandværkets normale produktionstid. Dette opnås ved udnyttelse af rentvandsvoluminet og indførelse af en mellembeholder. Kulfiltrene minimeres herved i størrelse. For det mindste anlæg er mellembeholderen udeladt og filtervoluminet gjort lidt større, idet der regnes med direkte udpumpning af kulfiltreret vand på nettet.

Scenarier

Følgende betegnelser er anvendt for de beskrevne anlæg:

C30b er en løsning med åbne betonfiltre. De øvrige er baseret på trykfiltre.

Bygningsmæssig del

1.2 Design overvejelser

Forskellige industrielle organiske stoffer har forskellige affiniteter til aktiv kul. Der skal derfor ved hver anlægsopgave skaffes oplysninger fra litteratur og leverandører om kulfilterets forventelige funktion og kapacitet. Visse generelle retningslinier er opstillet, og isotermer for rent vand er publiceret. Oplysningerne er summeret i kapitel 2 i denne rapport.

Timekapaciteten

På grund af kulfiltres relativt høje anlægspris vil en tilpasning mellem døgnforbruget og kulfiltrets timekapacitet være ønskelig. Det må undersøges, hvorvidt dette er muligt og økonomisk realistisk. Mange vandværker har driftstider på under 8 timer, mens mindst 16 timers drift per døgn må tilstræbes for kulfiltre.

Hydraulisk gradient

Hvis der ønskes anvendt åbne gravitationsfiltre, må det undersøges, hvilke tryktab der kan accepteres. Det beregnes, hvor stor løftehøjde en eventuel mellempumpestation skal udlægges for. Det samme gælder for lukkede filtre, hvor en større driftshastighed og dermed et større tryktab kan forventes.

Organisk stof

Vandets indhold af naturligt organisk materiale (NOM) målt som per manganattal eller NVOC indgår som en væsentlig parameter ved estimering af kullevetiden. For overfladevand eksisterer gode referencer; men indflydelsen af NOM fra grundvand er dårligt belyst. Forskellige grundvandstyper vil imidlertid utvivlsomt give forskellig belastning af kullene, afhængigt af karakteren af det opløste organiske stof.

Grænseværdier

I forbindelse med design af et aktiv kulfilter må der med de godkendende myndigheder opnås enighed om rensekravet. Videregående rensning er nyt i Danmark, og det ligger ikke fast, hvor restriktiv man vil være. Grænseværdien for pesticider er fastlagt til 0,1 µg/l for enkeltstoffer og 0,5 µg/l for summen af pesticider og deres metabolitter.

Det må dog forventes, at det kun vil blive tilladt at drive et kulfilteranlæg således, at det rensede vands indhold af pesticider ikke overskrider detektionsgrænsen. Denne beslutning kan have afgørende indflydelse på konfigurationen af kulfilterinstallationen og dermed på omkostningerne.

Vandværkets opbygning og driftsforhold

Kulfiltrering i Danmark vil i praktisk talt alle tilfælde skulle indføres som et yderligere rensetrin i et eksisterende værk. En analyse af værkets muligheder og begrænsninger er derfor et meget væsentligt punkt i designet. Specielt skal det sikres, at det eksisterende værk leverer en vandkvalitet med hensyn til jern og mangan, som er i overensstemmelse med optimal drift af kulfiltre. En polering for jern og mangan samt en vidtgående nitrifikation kan opnås på kulfiltre, men da er der tale om en anden anvendelse end forudsat her. På meget små værker med kvalitetsproblemer kan effekten dog være ønskelig og økonomisk forsvarlig.

Valg af kultype

Valg af kultype er først og fremmest et økonomisk spørgsmål, selv om driftssikkerhed også spiller en rolle. Det rigtige valg er det kul, som med alle udgifter indregnet til anlæg, drift, affaldsbortskaffelse mv. giver den laveste omkostning per m³ behandlet vand over den for anlægget beregnede levetid. I afsnit 2.1 er hovedproducenterne af aktivt kul listet. Man skal være meget opmærksom på, at leverandørerne af aktivt kul hver for sig har et bredt sortiment og, at den rigtige kultype kan variere fra tilfælde til tilfælde.

Filtreringshastighed

Filtreringshastigheden spiller især ind for beregning af modtrykket. Ud over hastigheden er kulkornsfordelingen bestemmende for tryktabet per meter filterlag. Filtreringshastigheden vælges normalt mellem 7 og 12 m/h, men kan for trykfiltre være større. Det skal erindres, at stigende hastighed bevirker stigende filterlag for en given kontakttid. Der spares derfor ikke på kulmængden ved øget filtreringshastighed.

Hydraulisk opholdstid, Th

Kontakttiden, eller hydraulisk opholdstid (UK: Empty Bed Contact Time, EBCT), vælges ud fra den ønskede levetid for kullene, idet det dog er nødvendigt med en minimums hydraulisk opholdstid, T_h, på ca. 7 minutter. Det har for mange forureningstyper vist sig, at en fordobling af T_h mere end fordobler kullenes levetid. Der er derfor et økonomisk bedste punkt, hvor større anlægsudgifter og lavere driftsudgifter giver den optimale løsning. Det viser sig ofte, at det økonomisk bedste punkt er relativt »fladt«, dvs. at der ikke er behov for en meget præcis bestemmelse af den optimale T_h, jf. afsnit 2.4, figur 2.4.2. Normalt vælges T_h til mellem 7 og 30 minutter, med de fleste anlæg mellem 9 og 20 minutter.

Filteropbygning og konfiguration

Konfigurationen, dvs. fordelingen af kulvoluminet i et eller flere filtre, dybden i de enkelte filtre og valget mellem parallel- og seriedrift, er dels et spørgsmål om driftsøkonomi i forbindelse med fuld udnyttelse af kullene, dels en tilpasning på grundlag af plads og hydraulisk gradient.

Returskylning af kulfiltre

Returskylning af kulfiltre efter et velfungerende vandværk skal kun ske med store mellemrum. Returskylningen har til formål at modvirke en uheldig kanaldannelse i filtrene, som nedsætter den faktiske opholdstid, at reetablere et rimeligt tryktab, når filtrene har opsamlet smuds eller på grund af bioaktivitet har dannet biomasse i filtret, samt at modvirke en sammengroning af kulkorn på grund af kalkfældning, manganudfældning m.v.

Returskylning af kulfiltre har den ulempe, at den omfordeler kulkornene, hvilket udvisker adsorptionsfronten. Hyppige returskyl giver derfor et hurtigere gennembrud og forringet kuløkonomi.

Luftskylning af kulfiltre er normalt ikke nødvendigt på grundvand efter et velfungerende sandfilteranlæg. Luftskylning vil forøge omlejringen af kulkorn og producere fine kulpartikler, som er med til at øge tryktabet.

Skyllevandsgenvinding

Der bruges forholdsvis meget skyllevand til returskylning af kulfiltre. Dette vand er oven i købet meget rent og dermed værdifuldt. Ressourcens bevarelse og almindelig god husholdning tilsiger, at man bør tilstræbe at genvinde en del af dette vand ved returføring til tilløbet efter en bundfældning af suspenderet materiale.

Det bør undersøges hvilke problemer, der kan ligge heri for eksempel af mikrobiologisk art, tilstopning af sandfiltrene samt økonomiske aspekter.

1.3 Anlægsomkostninger

1.3.1 Maskinelle komponenter

Hovedkomponenterne i opbygningen af et efterbehandlingsanlæg for aktiv kulfiltrering er:

Pumpestation

En pumpestation til transport af vand fra en mellembeholder efter sandfiltreringen til kulfilteranlægget. Pumpestationen skal kunne transportere en vandmængde svarende til den valgte kapacitet, dvs. afpasset til det dimensionerende forbrug under hensyntagen til rentvandstankens størrelse. Pumpestationens løftehøjde skal afpasses efter filtermodstanden og det geometriske løft, som er nødvendigt.

Rørsystem

Et rørsystem til fordeling af vandet til de valgte adsorbere. Rørsystemet kan være meget enkelt på små anlæg og på anlæg med få parallelle filtre. Det vil modsvarende kunne være meget kompleks på anlæg med parallelle/serieforbundne filtre og med fast installerede systemer til kulskifte.

Adsorbere

Et antal adsorbere i stål med tilhørende ventilarrangement eller et antal filterfronte til åbne kulfiltre.

Returskylleudrustning

Returskylleudrustning, dvs. først og fremmest en pumpestation.

UV-anlæg

Et eventuelt UV-anlæg for desinfektion af vandet fra adsorberne holdes uden for anlægsprisen.

1.3.2 Styring

Styringen af et kulfilteranlæg er relativt enkel.

Mellempumpning

Transportpumpen skal styres efter forbruget i forsyningsområdet. Det vil normalt ske ved indkald af pumpestationen ved lavt niveau i rentvandstanken efter kulfilteranlægget. Pumpestop sker tilsvarende ved højt niveau. Der kan ved varierende modtryk over adsorberne være tilfælde, hvor en regulering af pumpestationens kapacitet er nødvendig for ikke ved lavt modtryk at få for kort opholdstid i kulfilteranlægget.

Returskylning

Returskylningen skal styres. Der kan vælges en returskyllefrekvens efter tid, efter forbrug eller efter opbygning af modtryk. Returskyllestyringen er konventionel dog uden luftskylning.

Det er ikke sandsynligt, at returskylning skal ske hyppigt, hvorfor en enkel strategi kan vælges eventuelt helt uden automatik.

UV-anlæg

Styring (overvågning) af UV-behandlingen. Hvis der er behov for drift af enheden, skal der til stadighed overvåges, om der er tilstrækkelig UV-effekt i kammeret. Det sker ved en tilpasset fotodetektor.

1.3.3 Bygninger

I de fleste tilfælde vil der blive behov for bygningsmæssige indgreb i vandværket.

Mellembeholder

Ud over værkets rentvandstank vil der blive behov for en mellembeholder. Afhængig af anlæggets opbygning kan der vælges i stedet for at bygge en ny mellembeholder at bygge en ny rentvandsbeholder og anvende den gamle tank som mellembeholder.

Filterkummer

Hvis der vælges åbne filtre, skal der naturligvis bygges filterkummer. Disse vil ofte være noget dybere end traditionelle sandfiltre.

Fundament

Filterbeholderne er typisk ret høje og drives vandfyldte. Der er derfor behov for en grundig fundering.

Klimaskærm

Under danske vejrforhold må det antages nødvendigt at opbygge kulfilteranlægget i et hus. Her kan der vælges mellem en simpel klimaskærm (især aktuelt for midlertidige anlæg) eller et traditionelt hus i stil med det eksisterende anlæg.

Skyllevandsbassin

For filterskyllevand kan det være nødvendigt at supplere eksisterende faciliteter med nyt skyllevandsbassin. Dels anvendes en del mere vand, dels kan samtidighed mellem kulfilterskylning og skylning af det eksisterende filteranlæg måske ikke udelukkes.

Tank for brugt kul

I forbindelse med kuludskiftning kan det være hensigtsmæssigt med en tank til brugt kul. Dette behov afhænger naturligvis af filterenhedernes størrelse, af udskiftningsfrekvensen og af den metode for udtagning af kul som vælges. Tanken bør da bygges således, at det er muligt at anvende den som bundfældningsbassin, da kul normalt udtages som kulopslemning.

Tank for sort vand

Der kan blive behov for en simpel udligningstank for transportvandet i forbindelse med kuludskiftning. Vandet er sort af fine kulpartikler og kan ikke udledes til recipient. Vandet afledes enten til kloak eller bortkøres til renseanlæg.
 

2 Anlægspriser

2.1 A10 150.000 m³/år, 10 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 40 m³/h, kulfiltervolumen 8 m³

2.2 A30 150.000 m³/år, 30 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 40 m³/h, kulfiltervolumen 20 m³

2.3 B10 750.000 m³/år, 10 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 120 m³/h, kulfiltervolumen 20 m³

2.4 B30 750.000 m³/år, 30 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 120 m³/h, kulfiltervolumen 60 m³

2.5 C10 3.000.000 m³/år, 10 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 480 m³/h, kulfiltervolumen 80 m³

2.6 C30a 3.000.000 m³/år, 30 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning 480 m³/h, kulfiltervolumen 240 m³

7 parallelle linier med hver 2 stk. kulfiltre i seriedrift.

2.7 C30b 3.000.000 m³/år, 30 minutter hydraulisk opholdstid

Kulfilterbelastning, 480 m³/h, kulfiltervolumen 240 m³

2 parallelle linier med hver to åbne kulfiltre i serie