| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Fjernelse af MTBE i danske vandværker

9. Effekt af returskylstrategien i sandfilteret

Filtrene returskylles jævnligt for at opretholde effektiviteten. Denne proces er ret intensiv og kan med de kraftige luft- og vandskyl tænkes at påvirke processerne i filtrene, enten ved beskadigelse eller fjernelse af den aktive biomasse. Frekvensen af returskyl kan ligeledes påvirke fjernelsen af MTBE, idet der ved længere tid mellem to returskyl evt. kan opbygges mere MTBE-nedbrydende biomasse i filtrene.

9.1 Effekt af intensiteten af selve returskyl

For at belyse de forskellige aspekter i returskylstrategien er der udført flere forsøg. Der blev udført forsøg ved samme flow, før og efter returskylning, for at analysere hvilken betydning den nuværende strategi (jf. afsnit 2.3) har for fjernelsen af MTBE. For at belyse hvilke processer under returskyl, der har størst effekt på fjernelsen af MTBE, blev luft- og vandskylletider og intensiteter ændret under returskyl.

9.1.1 Forsøgs- og Metodebeskrivelse

Dette forsøg blev udført ved at regulere flowet ud af filter 2 vha. afgangsventilen og en flowmåler (jf. afsnit 3.5) således, at flowet var identisk såvel før som efter returskyl. Forsøget blev udført ved to forskellige flowhastigheder og MTBE-prøver blev udtaget før og efter filteret.

Under selve returskyllet blev der udtaget prøver til ATP- og tørstofanalyse.

De seks filtre blev returskyllet med tre nye kombinationer af returskylsprocessen. Efter ændret returskyl blev der udtaget vandprøver til MTBE-analyse før og efter returskyl (efter at filteret havde kørt minimum én opholdstid), og ligeledes blev der udtaget prøver til bestemmelse af tørstofindhold og ATP, hhv. 10 minutter og 22 minutter inde i selve returskyllet. ATP- og tørstof-analyserne blev udført som beskrevet i afsnit 3.4. Ændringerne i returskylsprocessen blev udført på 2 filtre som en form for dobbeltbestemmelse. Tabel 9.1 viser en oversigt over de udførte ændringer samt strategien for et normalt returskyl.

Tabel 9.1:
Oversigt over ændringer i returskylprocessen sammenholdt med et normalt returskyl.

Pga. driftsmæssige begrænsninger på diverse pumper m.m. var det kun muligt at foretage visse ændringerne i returskylstrategien. Ændring 1 blev udført for at undersøge betydningen af et forlænget luftskyl og et forlænget stort vandskyl. Det blev valgt at medtage et længere stort vandskyl for stadig at opnå en vis udvaskning af udfældet materiale for at opretholde filtrenes effektivitet. Ændring 1 var forventet at være den hårdeste returskylstrategi. Ændring 2 blev lavet for at undersøge betydningen af et mindre kraftigt luftskyl, som derfor forventedes at være et mere nænsomt returskyl. Ændring 3 forventedes tilsvarende at give et mere nænsomt returskyl, da det blev udført som en kombination mellem ændring 1 og 2 for at belyse luftskyllets betydning.

Ved de forskellige ændringer af returskylstrategierne blev der brugt stort set ens vandmængder til skyllene (ca. 25 m³).

9.1.2 Resultater

Resultaterne fra forsøgene med ens flow før og efter et normalt returskyl kan ses i figur 9.1 (datagrundlaget kan ses i bilag K).

Figur 9.1:
Effekt af almindeligt returskyl ved to forskellige filterhastigheder. Forsøget blev udført i filter 2 med indvindingskombination B2 og B5.

Figur 9.1 viser effekten af et almindeligt/nuværende returskyl ved to forskellige filterhastigheder. Ved en hastighed på 0,4 m/t fjernes der 99% MTBE i filteret før returskyl og 96% MTBE efter returskyl. Der sker altså en lille nedgang i effektiviteten af MTBE-fjernelsen. Ved en hastighed på 1 m/t fjernes der før returskyl 98% MTBE i filteret mens der fjernes 96% efter returskyl. Forskellen mellem fjernelsen før og efter returskyl ligger indenfor usikkerhederne.

Tabel 9.2 viser resultaterne fra en analyse af suspenderet stof og aktiv biomasse, som begge giver en indikation af returskyllets påvirkning af processerne i filtrene.

Tabel 9.2:
Resultater fra ATP og tørstofanalyser fra returskyllevandet under et normalt returskyl i filter 2.

Resultaterne i tabel 9.2 viser, hvorledes både indholdet af suspenderet stof og aktiv biomasse i returskylslammet falder hen igennem et returskyl. Faldet skyldes, at der først løsrives materiale (udfældninger og biomasse) i stigende grad, herefter fortyndes og udvaskes det efterhånden som der bliver tilført vand. Dette indikerer, at der, som ønsket, sker en udskylning af udfældede jern- og manganforbindelser under returskyllet. ATP-tallene viser yderligere, at der udskylles aktiv biomasse, som følge af returskyllet, hvilket ikke umiddelbart er gavnligt for de biologiske processer, som foregår i filteret.

9.1.2.2.1 MTBE

Resultaterne fra forsøgene, hvor der er ændret i returskyllestrategien, er præsenteret i figur 9.2 (datagrundlaget for forsøget kan ses i bilag K). I alle forsøgene er der gået 7 dage siden sidste returskyl.

Figur 9.2:
Effekten af ændrede returskylstrategier på MTBE-fjernelsen. Indvindingskombination B2 og B5 med en Darcy-hastighed på ca. 1 m/t til hvert filter.

Figur 9.2 viser fjernelsen af MTBE før og efter returskyl ved de tre ændringer i returskyllestrategien. Ændring 1 (jf. tabel 9.1) er udført på både filter 1 og 4, og figur 9.2 viser, at der er stor variation på de to filtre, men for begge filtre er fjernelsen af MTBE højere efter returskyl end før returskyl. Denne tendens er observeret flere gange (jvf. figur 7.2).

Tendensen til at MTBE-fjernelsen er højere efter returskyl kan eventuelt skyldes at der fjernes belægninger af jern og mangan, som hæmmer bakteriernes aktivitet. Yderligere kan det tænkes, at der umiddelbart før returskyl ikke sker en ensartet gennemstrømning i filteret som følge af kanaldannelser, som opstår når filteret stoppes til med udfældninger. Efter returskyl er disse udfældninger fjernet og gennemstrømningen af filteret er ensartet, hvilket resulterer i en længere opholdstid, og derved en højere fjernelsesgrad af MTBE.

Ved ændring 2 (jf. tabel 9.1) sker der ikke væsentlig ændring i fjernelsen af MTBE før og efter returskyl. Det er ikke en entydig tendens der ses i de to filtre (filter 2 og 5), da returskyl af filter 2 resulterer i forbedret fjernelse af MTBE, mens returskyl af filter 5 resulterer i en ringere fjernelse af MTBE. Forskellen i fjernelsen af MTBE mellem de to filtre, før og efter returskyl, er dog meget lille, og samtidig svarer fjernelsesprocenten af MTBE svarer til et normalt skyl. Ud fra MTBE-fjernelsen kan det konkluderes, at ændring 2 af returskyllestrategien ikke resulterer i nogen betydelig ændring i effektiviteten af MTBE-fjernelsen. Det er dog svært at tolke noget ud fra resultaterne, da fjernelsen af MTBE allerede inden returskyl er tæt på 100%, hvilket gør det svært at opnå en forbedring, ligegyldigt hvilke ændringer der bliver påført filteret.

Ændring 3 (jf. tabel 9.1) er udført på filter 3 og 6, og figur 9.2 viser, at resultaterne er ensartede for de to filtre. Før returskyl fjernes der mindre MTBE end efter returskyl, men forskellen ligger inden for 10%. Dette gælder for alle ændringerne og derfor er forskellene begrænsede, idet det er svært at opnå forbedringer, når der allerede er næsten optimal fjernelse af MTBE.

Forskellene i fjernelsen af MTBE mellem ændring 1 i forhold til ændring 2 og 3 kan skyldes, at flowet til filter 1 og 4 er lidt højere end flowet til de resterende filtre pga. at de ligger først på tilgangsrøret. De lavere fjernelser af MTBE i filter 1 og filter 4 ved ændring 1 kan derfor skyldes det højere flow til filter 1og 4. Det højere flow gennem disse filtre resulterer i en kortere opholdstid og dermed en ringere fjernelse.

Generelt er det svært at konkludere noget ud fra dette forsøg, men for at få større forskelle i resultaterne er det som tidligere nævnt nødvendigt at presse mikroorganismerne mere. Så længe der fjernes næsten 100% er det svært at lave ændringer ved driften som forbedrer MTBE-fjernelsen – alle ændringer vil snarere forringe fjernelsen af MTBE.

9.1.2.2.2 Tørstof og ATP

Resultaterne fra tørstof- og ATP-analyserne fra forsøget med ændrede returskylsprocesser er præsenteret i tabel 9.3.

Tabel 9.3:
Tørstof- og ATP-resultater fra forskellige returskylstrategier og normal returskyl (enkeltbestemmelser).

Tabel 9.3 viser, hvordan tørstof- og ATP-indholdet i returskyllevandet ændrer sig med ændrede returskylprocesser. Ændringen med forlænget luftskyl (ændring 1) resulterer i et lavere tørstof- og ATP-indhold i returskyllevandet efter 10 og 22 minutters skyl end ved det normale skyl. Dette indikerer, at ændringen i skylningsprocessen ikke er tilstrækkelig til at løsrive og fjerne samme mængde udfældet materiale og aktiv biomasse. Ændringen hvor luftmængden i skyllet blev halveret (ændring 2) resulterer i et lavere indhold af ATP og et endnu lavere indhold af tørstof efter 10 minutter i forhold til normalt og ændring 1. Dette indikerer, at skyllet ikke er tilstrækkelig kraftigt til at løsrive og fjerne det udfældede materiale. Tilsvarende resultat ses for ændring 3, hvor der køres med et længere, men halveret luftskyl.

Ud fra tabel 9.3 kan det ses, at der er store variationer på ATP-resultaterne. Ved et normalt returskyl ligger værdierne på 1200-2000 pg ATP/ml og 800-1000 pg ATP/l efter hhv. 10 og 22 minutter. Disse forskelle kan skyldes, at filtrene er belastet forskelligt. Filter 4 er mere belastet end filter 5, som er mere belastet end filter 6, som tidligere nævnt i afsnit 9.1.2.2.1, og derfor er der mere at vaske ud af filter 4 i forhold til filter 5 og 6.

Der er altså ingen af de afprøvede ændringer af returskylprocessen, der fjerner lige så store mængder af tørstof og ATP fra filteret som ved et normalt returskyl. De undersøgte ændringer fjerner mindre mængder udfældet materiale, hvilket forringer returskyllet med henblik på at opretholde effektiviteten af filtrene. Dette vil på sigt forringe filtrenes kapacitet og effektivitet. De udførte ændringer fjerner mindre aktiv biomasse, hvilket giver bedre forhold for mikroorganismerne for at blive i filtermaterialet.

9.1.3 Konklusion

Ved det normale returskyl var der ikke nogen væsentlig forskel mellem fjernelsesgraden af MTBE før og efter returskyl. Der blev dog observeret aktivitet i vandet udtaget under et returskyl, hvilket indikerer, at der fjernes aktive MTBE-nedbrydende mikroorganismer under et normalt returskyl.

Effekten af de forskellige udførte ændringer af returskyllet er svære at skelne, men overordnet set indikerer resultaterne, at der fjernes mindre aktiv biomasse, hvilket burde have en positiv effekt på fjernelsen af MTBE. Tilsvarende fjernes der også mindre tørstof, som omfatter det udfældede materiale, hvilket det er formålet at fjerne med returskyl. Dette forringer kvaliteten af filtrene, og det skal derfor vurderes, hvor stor betydning dette har, og hvor meget det kan lade sig gøre at ændre returskyllet, før der sker en hurtigere tilstopning af filtrene.

Den nuværende returskylstrategi skønnes at være optimal i forhold til at opretholde filtrenes hydrauliske kapacitet, men set ud fra fjernelsen af MTBE ville det formentlig være bedre at nedsætte intensiteten af returskyllet. Ved den nuværende drift af vandværket er det dog kun begrænsende forbedringer, som en ændring af returskyllet kan medføre.

Der er generelt observeret varierende resultater mht. returskyllets effekt på MTBE-fjernelsen i filtrene. I de fleste tilfælde blev der observeret en mere effektiv fjernelse efter returskyl fremfor før, mens der andre gange ikke var nogen forskel på fjernelsesgraden. Det er altså på denne baggrund svært at konkludere noget entydigt mht. returskyllets effekt på MTBE-fjernelsen.

9.2 Batchforsøg med returskyllevand

Der blev udført batchforsøg med returskyllevand for at undersøge, om der er MTBE-nedbrydende mikroorganismer i returskyllevandet.

9.2.1 Forsøgs- og Metodebeskrivelse

500 ml returskyllevand (udtaget 20 minutter inde i returskyllet) blev hældt på 500 ml infusionsflasker og lukket med lufttætte gummipropper og aluminiumskapsler. MTBE blev tilsat til en koncentration på 50 m g/l. Forsøget blev udført med duplikat, og der blev ligeledes udført et kontrolforsøg tilsat natriumazid (2 g/l) for at eliminere den biologiske aktivitet. Forsøgene blev udført i lukkede systemer ved 10° C og i mørke. Prøverne blev udtaget og analyseret som beskrevet i afsnit 3.1.2.

9.2.2 Resultater

Resultaterne fra forsøg med returskyllevandet kan ses i figur 9.3 (jf. bilag L for datagrundlaget).

Figur 9.3:
Nedbrydningskurver for MTBE i returskyllevand.

Figur 9.3 viser, at MTBE nedbrydes i returskyllevandet. 50 m g MTBE/l nedbrydes i løbet af godt 90 timer. Der findes altså en aktiv MTBE-nedbrydende biomasse i returskyllevandet, men aktiviteten er ikke så høj som i selve sandet fra filteret, hvor Nielsen & Petersen (2001) fandt, at 30 m g MTBE/l blev nedbrudt på under 5 timer. MTBE fjernes ikke i kontrolforsøget hvor natriumazid er tilsat, hvilket indikerer, at der er tale om biologisk fjernelse og ikke fjernelse pga. abiotiske processer.

ATP-indholdet i returskyllevandet er bestemt til 1053 pg ATP/ml. Dette er højt, sammenlignet med hvad der normalt findes i drikkevand (<5 ng/l) , hvilket underbygger at der fjernes aktiv biomasse med returskyllevandet. Det er dog ikke muligt ud fra ATP-analyser alene at sige noget om, hvor mange MTBE-nedbrydende mikroorganismer der fjernes med returskyllevandet.

9.2.3 Konklusion

Da der forekommer nedbrydning af MTBE i batchforsøgene udført med returskyllevandet, indikerer dette, at der udskylles aktive MTBE-nedbrydende mikroorganismer, når filtrene returskylles.

9.3 Ændring af opholdstid som følge af returskyl

Jern- og manganudfældningerne i filtrene kan ændre i flowmønsteret i filteret. For at belyse om der er forskel i opholdstiden før og efter et returskyl, blev der udført sporstofforsøg i filter 1.

9.3.1 Forsøgs- og metodebeskrivelse

Sporstofforsøgene blev udført ved at lukke for afgangen fra filteret og derefter fylde filteret helt op (til overløbskanten). Herefter blev vandet sat i cirkulation vha. en dykpumpe (3 m³/t). Efter 10 minutters cirkulation blev der tilsat 10 liter mættet saltopløsning, hvorefter vandet over filteret forsat cirkulerede 5 minutter, før til- og afgang til filteret blev åbnet igen. Gennembruddet af saltopløsningen i filteret blev fulgt ved at måle ledningsevnen (jf. afsnit 3.3) i udløbet fra filteret. Figur 9.4 viser et billede af dykpumpen nedsænket i vandet over filtermaterialet.

Figur 9.4:
Billede at dykpumpe neddykket i vandet over filtermaterialet.

9.3.2 Resultater

Figur 9.5 viser de normerede sumkurver for ledningsevnen fra de udførte sporstofforsøg før og efter returskyl (bestemt udfra samme metode som beskrevet i afsnit 5.2.1). Flowet ud af filteret blev forsøget igennem målt til 16 m³/t (1,2 m/t, Darcy) både før og efter returskyl. Der blev indvundet vand fra B2 og B5 forsøget igennem.

Figur 9.5:
Sumkurve til bestemmelse af opholdstiden i filteret før og efter returskyl. Flow ud af filter 16 m³/t.

Ud fra figur 9.5 er opholdstiden i filteret bestemt til 63 minutter før returskyl og 60 minutter efter returskyl. Der kan altså ikke registreres en væsentlig ændring i opholdstiden i filteret som følge af returskyl, og flowet ud af filteret ændrer sig heller ikke.

En dyberegående analyse af opholdstiden i filteret kræver kendskab til opholdstiden i de enkelte dybder af filteret, så der kan opstilles en komplet model af strømningsmønsteret i filteret.

9.3.3 Konklusion

Konklusionen på de udførte sporstofforsøg er, at opholdstiden i filteret ikke ændrer sig væsentligt efter returskyl. Der er en tendens til at opholdstiden før returskyl er lidt længere end efter et returskyl.

9.4 Effekt af frekvensen mellem returskyl

Et andet aspekt af returskylstrategien er frekvensen mellem to returskyl. Tiden mellem to returskyl har en øvre begrænsning pga. udfældninger i filtrene, som kan medføre tilstopning. Der er udført forsøg for at belyse betydningen af frekvensen imellem to returskyl.

9.4.1 Forsøgs- og metodebeskrivelse

Der blev udført forsøg med både 7 dage (normalt) og 10 dage mellem returskyl. Der blev prøvetaget til MTBE-analyse før og efter filter 2, såvel før som efter returskyl.

Forsøget blev udført i filter 2 med indvindingskombination B2 og B5 med en Darcy-hastighed på 1 m/t.

9.4.2 Resultater

Resultaterne fra forsøgene med en frekvens på hhv. 7 og 10 dage mellem returskyl er præsenteret i figur 9.6.

Figur 9.6:
Fjernelse af MTBE i filtrene ved hhv. 7 og 10 dage mellem returskyl.

Figur 9.6 viser fjernelsen af MTBE før og efter returskyl efter en returskylsfrekvens på henholdsvis 7 og 10 dage. Efter både 7 og 10 dage sker der en effektiv fjernelse af MTBE (96-100%). Ved en returskylfrekvens på 7 dage sker der en mindre fjernelse af MTBE end ved en frekvens på 10 dage; forskellen er dog kun på nogle få procent. Ved 7 dages frekvens ses også en nedgang i fjernelsen af MTBE efter returskyl, som ligeledes er observeret og beskrevet tidligere i afsnit 9.1. Ved 10 dages frekvens fjernes der 100% MTBE både før og efter returskyl.

Vandhøjden over filteret var noget højere ved en frekvens på 10 dage, frem for 7 dage. En endnu lavere frekvens end 10 dage er, med den nuværende filterkonstruktion, ikke mulig på grund af stigende vandhøjde ved faldende frekvens.

Fjernelsesprocenten for MTBE er høj, og for at opnå mere sigende resultater er det nødvendigt at udfordre mikroorganismerne yderligere. Dette kunne evt. gøres ved at køre forsøget ved et højere flow eller ved en højere MTBE-koncentration.

9.4.3 Konklusion

Det tyder på, at returskylfrekvensen har betydning for fjernelsen af MTBE, således at en lavere frekvens vil forbedre den biologiske nedbrydning af MTBE. Der er dog behov for et uddybende forsøg, hvor mikroorganismerne i filtrene bliver udsat for mere ekstreme forhold.

9.5 Sammenfattende konklusion for effekten at returskylstrategien

Den samlede vurdering af returskyllets påvirkning af MTBE-nedbrydningen i filtrene på Grubbemølle Vandværk er som følger:

Den nuværende returskylstrategi fungerer tilsyneladende optimalt med hensyn til udskylning af jern- og manganudfældninger. De påførte ændringer i returskylstrategien resulterer i en mindre udskylning af aktiv biomasse.

En ændring af returskylstrategien er altså aktuel med henblik på at opnå en bedre MTBE-fjernelse, men det er nødvendigt at finde en strategi som samtidig opretholder filterets andre funktioner.

Yderligere tyder de udførte analyser på, at en lavere frekvens mellem returskyllene er fordelagtig med hensyn til MTBE-nedbrydningen i filtrene.