Vandrensning ved hjælp af aktiv kulfiltre

Resume

Baggrund

I stigende omfang konstateres der forureninger af grundvandsressourcerne, hvilket hidtil har været løst ved at lukke de forurenede drikkevandsboringer. Forureningen kan få et så stort omfang, at det er spørgsmålet, om Danmarks fremtidige drikkevandsforsyning fortsat kan baseres på grundvand uden indhold af miljøfremmede organiske forbindelser, eller om der også skal benyttes forurenet grundvand, der så skal renses. Denne rapport er udarbejdet for at tilvejebringe et grundlag for at vurdere, om rensning vha. aktiv kul er en realistisk mulighed.

Rapportens indhold

Rapporten indeholder en gennemgang af den eksisterende viden om aktiv kuls virkemåde og kapacitet til at fjerne organiske forureningsstoffer, opbygning af aktiv kul filtreringsprocessen, mikrobielle forhold ved aktiv kulfiltre og den resulterende vandkvalitet. Driftserfaringer fra alle væsentlige danske samt udvalgte franske og engelske anlæg er sammenfattet og principperne for anlægsopbygning under danske forhold diskuteres. Der er beregnet priser for aktiv kulbehandlingen for midlertidige og permanente anlæg af forskellig størrelse og for forskellige levetider af det aktive kul, svarende til at rense for forskellige forureningstyper. Endelig gives der forslag til moniteringsprogrammer og -strategi.

Rensningseffekt

Aktiv kulfiltrering er effektiv til at fjerne en række opløsningsmidler, f.eks. trichlorethylen og perchlorethylen, samt almindeligt forekommende pesticider, f.eks. phenoxysyrer og atrazin, og nogle af pesticidernes nedbrydningsprodukter, f.eks. BAM fra dichlorbenil. Aktiv kulfiltrering er derimod mindre effektiv til at fjerne andre, mere polære stoffer, der kan forekomme i væsentligt højere koncentrationer end pesticiderne, f.eks. benzinadditivet MTBE og andre ethere, eller cis-dichlorethylen, der er et nedbrydningsprodukt af de klorerede opløsningsmidler trichlorethylen og perchlorethylen.

Effekt af naturligt organisk stof

Naturligt organisk stof, der altid findes i grundvand og overfladevand, reducerer det aktive kuls kapacitet i forhold til destilleret vand, der er basis for leverandørernes oplysninger om kapaciteter. Reduktionen er større for overfladevand end for grundvand pga. overfladevandets større indhold af naturligt organisk stof.

Forudsigelse af rensningskapacitet

Det er forbundet med store usikkerheder på forhånd at beregne levetiden af aktiv kul for en given vandtype. Derfor anbefales det at udføre forsøg i lilleskala vha. en hurtigmetode til vurdering af det aktive kuls kapacitet til at fjerne forureningen. En simpel matematisk model for adsorption, som præsenteres i rapporten, kan give grov vurdering af adsorptionsforløbet, og er nyttig til opstilling af et moniteringsprogram for forureningen.

Mikrobiel vækst

Ligesom i sandfiltre vil der etableres en mikrobiel population i aktiv kulfiltre. Normalt vil der være lidt flere bakterier i udløbet fra aktiv kulfiltre men da filtret reducerer vandets indhold af substrat for bakterierne, forventes der til gengæld en mindre mikrobiel eftervækst i ledningsnettet. I forbindelse med indkøring af nyt filtermateriale kan der i en periode være behov for desinfektion. Alternativt kan vandet fra filtret kasseres indtil bakterierne har koloniseret filtret.

Den mikrobielle population i filtrene er vigtig, både for at fjerne adsorberet organisk stof fra filtret, så frekvensen af udskiftning af aktiv kul bliver lavere, og for at hindre, at eventuelle sygdomsfremkaldende mikroorganismer kan overleve eller kolonisere filtrene. Desuden kan nogle af de adsorberede miljøfremmede stoffer nedbrydes mikrobielt, og man bør være opmærksom på nedbrydningsprodukterne ved moniteringen af filtret. De udenlandske undersøgelser er dog overvejende baseret på overfladevand med efterfølgende desinfektion, og derfor vanskelige at overføre til dansk vandforsyning baseret på grundvand uden desinfektion, men umiddelbart synes der ikke grund til at øge desinfektion ved drift med aktiv kulfiltre.

Praktiske erfaringer

Den danske erfaringsopsamling omfatter 4 aktiv kulfilteranlæg, der producerer drikkevand, samt en del anlæg, der benyttes til afværgeforanstaltninger. Da mange af disse anlæg er ret nye og flere af anlæggene er relativt usystematisk moniteret i forhold til at vurdere variationerne i stofbelastning af kulfiltrene og til sammenligning af stofkoncentrationer i ind- og udløb, har det været vanskeligt præcist at opgøre rensningsevne og levetid for disse kulfiltre. I rapporten er det dog søgt at give overslag over såvel disse aspekter som omkostninger forbundet med driften af anlæggene.

Erfaringerne fra de gennemførte undersøgelser af både danske og udenlandske anlæg viser, at et ordentligt indblik i anlæggenes drift kun vil kunne opnås ved et systematisk planlagt måleprogram med alle nødvendige måleparametre.

Betydning af normalbehandlingen

En høj kvalitet af vandet fra normalbehandlingen (luftning og filtrering) er ønskelig for at opnå bedst mulig levetid for det aktive kul og mindst mulig hyppighed af tilbageskyl. Aktiv kulfiltrering vil dermed bidrage til at synliggøre kvaliteten af den normale vandbehandling, hvilket vurderes at være ønskeligt.

Indpasning i traditionelle anlæg

Der er ingen væsentlige problemer med at indpasse aktiv kulfiltrering i den traditionelle grundvandsbehandling. Såfremt der er ledige sandfiltre, kan aktiv kulbehandlingen udføres i disse eksisterende åbne filtre efter modifikation af anlægget.

Økonomi

Overslag over omkostninger ved aktiv kulbehandling er beregnet for en række scenarier med behandling af forurenet grundvand. Prisen på aktiv kulbehandling (kapital og drift) varierer her fra 0,44-3,45 kr./m³. Prisen afhænger af en lang række faktorer, bl.a. af hvorvidt der er tale om et midlertidigt eller permanent anlæg, og af den øvrige vandkvalitet, bl.a. indhold af naturligt organisk stof og uorganiske stoffer, der kan udfælde i det aktive kul. Den sandsynlige pris for et gennemsnitstilfælde er af størrelsesorden 1 kr./m³.

Det bemærkes, at anlægsomkostningernes bidrag til behandlingsprisen er forholdsvis dominerende. Der må derfor forventes opført anlæg med kort hydraulisk opholdstid, hvor det er procesmæssigt muligt. Det viser sig nemlig, at en reduktion af den hydrauliske opholdstid fra 30 til 10 minutter kan give lavere totale omkostninger, selv hvis kullevetiden derved nedsættes fra f.eks. 8 til 1 år.

Generel kvalitetsforbedring

Foruden fjernelse af den aktuelle forurening (pesticid, kloreret opløsningsmiddel, etc.) vil der ved aktiv kulbehandling også opnås forbedring af vandets kvalitet i andre henseender, hvilket dels betyder mindre eftervækst i ledningsnet og husinstallationer og dels betyder mindre udfældninger i ledningsnet af jern- og manganoxider. Prisen på aktiv kulfiltrering skal derfor også ses i lyset af den forbedrede vandkvalitet, der samtidigt opnås, og de besparelser, dette medfører.