| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Membranfiltrering, erfaring og muligheder i dansk vandforsyning
3 Danske og udenlandske erfaringer
Erfaringsgrundlaget for brugen af membrananlæg i dansk vandforsyning er sparsomt. I dag er der kun to kørende
anlæg i dansk vandforsyning. Disse anlæg står på Vandforsyningen I/S Birkerød Vandværk, hvor det anvendes til
genindvinding af filterskyllevand, og på Enø Strands Vandværk amba, hvor det anvendes til afsaltning af
kloridholdigt grundvand.
Det grønlandske erfaringsgrundlag er større, da der i flere bygder er opstillet små membrananlæg, der forsyner en
enkelt bygd.
I udlandet er erfaringsgrundlaget efterhånden stort, hvor der er adskillige anlæg, der har fungeret i en årrække. Der
er indhentet erfaringer fra KIWA i Holland.
Det har generelt været vanskeligt at fremskaffe erfaringer til belysning af membranteknologiens potentiale i dansk
vandforsyning. Dette skyldes, at der ud overanlægget hos Enø Strands Vandværk, ikke er noget kørende
membrananlæg i Danmark til fremstilling af drikkevand. Der er en del membrananlæg i industrien, hvor der bliver
produceret procesvand til bl.a. fødevareproduktion. Det er imidlertid ikke muligt direkte at overføre
erfaringerne fra disse anlæg til vandforsyning, da der er store tekniske, vandkvalitetsmæssige og administrative
forskelle.
3.1 Danske erfaringer
Danske erfaringer med membrananlæg inden for de seneste år begrænser sig til nogle enkelte pilotanlæg, et nedlagt
anlæg til afsaltning i Marstal samt de to kørende anlæg på Vandforsyningen I/S Birkerød Vandværk og ved Enø
Strands Vandværk.
Anlægget i Marstal blev nedlagt i 1988 på grund af driftsproblemer i form af scaling af membranen, som formentlig
har været begrundet i mangelfuld forbehandling /9/. Anlægget er ikke yderligere omtalt i denne rapport.
3.1.1 Afsaltning på Enø Strands Vandværk
Membrananlægget på Enø Strands Vandværk er etableret til fjernelse af klorid fra grundvandet. Enø Strands
Vandværk har 2 indvindingsboringer, som begge er påvirket af saltvand som følge af den kystnære beliggenhed.
Kloridindholdet ligger på 400 - 500 mg/l.
Vandværket har en årlig udpumpning på ca. 10.000 m³.
3.1.1.1 Anlægsoplysninger
Anlægget er et RO anlæg opbygget med 4 spiralvundne membraner. Membranerne drives med et driftstryk på 18 -
20 bar. Anlægget ses på figur 3.1.
Membrananlægget behandler vandet fra den ene af vandværkets to boringer. Inden membranfiltrering renses
vandet ved normal vandbehandling ved beluftning og sandfiltrering. Herefter ledes vandet til en mellemtank, hvorfra
fødepumpen sender vandet gennem membranerne. Efter membranfiltrering sker en sikkerhedsmæssig desinfektion
ved UV behandling, inden vandet ledes til rentvandstanken. I rentvandstanken sker opblanding med vand fra
vandværkets anden boring, hvorved der opnås en tilfredsstillende vandkvalitet uden behov for efterbehandling.
Vandet fra den boring, der ikke renses ved membranfiltrering, renses ved normal vandbehandling i form af
beluftning og sandfiltrering.
Anlægget er fuldautomatisk og kører med kontinuerlig drift. Der styres efter ledningsevnen i blandingsvandet.
Anlægget har en kapacitet på 0,6 – 0,8 m³/h. Kapaciteten og hermed udnyttelsesgraden falder i takt med, at der
forekommer belægninger på membranen. Udnyttelsesgraden er 55 – 65 %.
Der foretages ingen forbehandling ud over den normale vandbehandling. Det er bevidst valgt at acceptere en lav
udnyttelsesgrad for at undgå brug af kemikalier til blødgøring og antiscaling.
Der foretages automatisk rensning af membranerne. Koncentratet ledes til afløb. Én gang om året foretages en
grundig afsyring af anlægget, hvilken foretages af ekstern service partner.
![Figur 3.1 Membrananlæg på Enø Strands Vandværk (foto DVS Vandteknik)](images/s47.jpg)
Figur 3.1 Membrananlæg på Enø Strands Vandværk (foto DVS Vandteknik)
Vandværket betragter ikke driften af anlægget som speciel problematisk, og anlægget kører med en stabil drift.
3.1.1.2 Økonomi
Membrananlægget på Enø Strands Vandværk har en forventet levetid på 20 år. Membranerne udskiftes dog hvert
3. år.
Anlægsomkostningerne for membrananlægget beløb sig til ca. 200.000 kr. i begyndelsen af 90'erne, hvilket svarer
til en anlægsomkostning på ca. 275.000 kr. per m³/h. Der er ikke etableret nye bygningsanlæg. Anlægget kørte
først som forsøg, inden Storstrøms Amt gav endelig tilladelse til anlægget. I starten var der stillet krav om ekstra
analyser, men nu følges drikkevandsbekendtgørelsens krav til analysefrekvens.
Der foreligger ikke en eksakt opgørelse af driftsomkostningerne ved membrananlægget, men de primære
driftsomkostninger inkluderer forbruget af el samt servicebesøg. Elforbruget skønnes at være ca. 2 kWh/m³
produceret vand. Det er ikke oplyst, om der er omkostninger ved afledning af koncentrat.
3.1.2 Genanvendelse af filterskyllevand på Birkerød Vandværk
Membrananlægget på Birkerød Vandværk er etableret i 1998 til genindvinding af filterskyllevand.
Hovedårsagen til, at Birkerød Vandværk valgte at etablere membrananlægget, var afledningsafgiften på
returskyllevandet ved afledning til kloak. I den oprindelige behandlingsproces, inden membrananlægget blev
taget i brug, blev der produceret ca. 13.000 m3 skyllevand per år, der blev afledt til kloak. Slam fra anlægget blev
transporteret bort til deponi.
3.1.2.1 Anlægsoplysninger
Anlægget er opbygget med en XIGA – ultramembran, der er en kapilarrørsmembran indbygget i et trykrør.
Membranen har en porestørrelse på ca. 0.03 ìm og drives med et driftstryk på op til 2 bar. Anlægsopbygningen
kan ses i figur 3.2.
![Figur 3.2 Principskitse af membrananlæg hos Birkerød Vandværk](images/s48.gif)
Figur 3.2 Principskitse af membrananlæg hos Birkerød Vandværk
Anlægget er fuldautomatisk og starter, når en niveaumåler i den eksisterende skyllevandstank viser, at der er vand i
skyllevandstanken. Vandet pumpes fra den eksisterende skyllevandstank op gennem membranen, hvorefter
permeatet ledes direkte retur til iltningstrappen og her opblandes med råvand fra indvindingsboringerne. Anlægget
har en kapacitet på 5 m³/h, men belastes normalt kun med ca. 3 m³/h.
Fødevandet har et jernindhold ca. 50 mg/l.
Der foretages en rensning med tilbageskylning én gang for hver ca. 20. minut, koncentratet ledes til
neutraliseringstanken og videre til kloak. Ca. én gang i døgnet foretages der en udvidet rensning af membranen.
Intervallerne for rensningen af membranen styres ved monitering af trykdifferencen over membranen.
Der foretages ingen overvågning af permeatets kvalitet, da det ledes ind på iltningstrappen og derfor skal igennem
endnu en filtrering i forbindelse med vandværkets normale vandbehandling.
3.1.2.2 Økonomi
Membrananlægget på Birkerød Vandværk har haft en tilbagebetalingstid på 4-5 år.
Anlægsomkostningerne for membrananlægget beløb sig til 550.000 kr. fordelt på 100.000 kr. til en tilbygning og
450.000 kr. til selve membrananlægget, hvilket svarer til en anlægsomkostning på 110.000 kr. per m³/h.
Driftsomkostningerne, der inkluderer forbruget af el, kemikalier og ekstern bistand, beløber sig til ca. 35.000 kr./år.
Udskiftningen af membranen, der sandsynligvis skal foretages hvert 6. til 8. år, koster ca. 37.000 kr., hvilket giver
en gennemsnitlig driftsomkostning på ca. 40.500 kr./år (ca. 4 kr./m³ behandlet vand). Hertil kommer en årlig
afledning af ca. 3.000 m³ koncentrat til kloak. Udnyttelsesgraden er 75 – 80 %.
Udgifterne skal holdes op imod besparelserne, der primært kommer ved, at den bortledte mængde til kloak er
reduceret med ca. 10.000 m3/år. Med en afledningsafgift på ca. 16 kr./m3 giver det en årlig besparelse på
160.000 kr.
Usikkerheden, der knytter sig til denne beregning, knytter sig primært til levetiden af membranen. Hvis levetiden er
mindre end forudsat, vil det påvirke tilbagebetalingstiden negativt.
3.1.2.3 Miljøaspekter
Brugen af membranfiltrering til genindvinding af skyllevand påvirker ikke miljøet i nævneværdig grad. Brugen af
kemikalier begrænser sig til et årligt forbrug af saltsyre og hydrogenperoxid, der bruges til rensning af membranen.
Slammet fra membranfiltreringen opsamles i neutraliseringstanken, hvorefter det kan udledes direkte til kloak.
Arbejdsmiljøet i forbindelse med håndteringen af kemikalierne påvirkes ved, at der arbejdes med sikkerhedsudstyr,
hvilket ikke har givet anledning til problemer. Derudover rekvireres der ekstern bistand, når det er nødvendigt med
en større rensning af membranen, der foretages manuelt. Omkostningerne til den eksterne bistand er medregnet i
driftsomkostningerne.
Endelig skal det nævnes, at genindvindingen af skyllevandet påvirker miljøet positivt, da det sparer en indvinding på
ca. 10.000 m3/år. Dette gør membranteknologien til genindvinding af filterskyllevand interessant i områder med en
knap grundvandsressource.
3.1.3 Pilotanlæg
Der er udført enkelte pilot- og laboratorieforsøg til belysning af membrananlæggenes anvendelse på danske
vandværker. Der har typisk været tale om undersøgelse af mulighederne for behandling af vandtyper med forhøjet
indhold af humusstoffer og farve /1/ og /2/. Der er ikke foretaget en egentlig erfaringsopsamling i forhold til disse
forsøg.
Erfaringer fra pilotanlæg ved Fjand Vandværk, Kisserup Vandværk og Skagen Vandværk viser, at organisk stof
kan fjernes effektivt fra humusholdigt grundvand. Processen kræver en grundig forbehandling til fjernelse af
partikulært stof. Ved membranprocessen fjernes endvidere restindhold af jern, og for kalkholdige vandtyper
reduceres hårdheden. Der har ikke været anvendt kemikalier, ud over hvad der anvendes til rengøring af
membranerne.
Erfaringerne er baseret på forskellige NF og UF membraner (spiralvundne og flade).
Erfaringerne fra Fjand, Kisserup og Skagen viser, at den højeste og mest stabile produktivitet og den mindste
påvirkning af vandets kemiske sammensætning opnås ved at anvende en så åben membran som mulig for fjernelse
af det organiske stof. Valg af membran afhænger således af størrelsen af det organiske stofs molekyler.
Eksempelvis kunne en UF membran, som tilbageholder molekyler mindre end 2.000 dalton give en
tilfredsstillende rensning af højmolekylært stof i Fjand, mens der ved lavmolekylært vand i Skagen kun lige netop
kunne renses til under drikkevandskravet. Erfaringerne har vist, at en vandudnyttelse på ca. 90 % giver den bedste
vandkvalitet og den mest stabile produktivitet.
I Skagen er der endvidere gennemført forsøg med dykkede membraner /1/. Vandbehandlingen omfattede en
forbehandling i form af INKA beluftning til afblæsning af methan samt tilsætning af jernklorid (fældningskemikalie),
som danner okkerslam i koaguleringstanken. Koaguleringstanken var indrettet således, at der var plads til den
dykkede membran. Anlægget havde en kapacitet på 50 l/h og kørte med en kontinuerlig belastning i 5 uger. Der
afledes kontinuerlig slam fra bunden af tanken.
Erfaringerne fra anlægget i Skagen viser, at turbiditet og jern fjernes effektivt ved membranfiltreringen, samt at
fosfor, farve og organisk stof bindes effektivt til okkerslammet, og hermed også fjernes effektivt fra vandfasen.
3.2 Grønlandske erfaringer
Oplysninger vedrørende anvendelse af membrananlæg i Grønland er indhentet hos Nukissiorfiit.
3.2.1 Anlægsoplysninger
Der er i Grønland en række erfaringer med anvendelse af membrananlæg i forbindelse med vandforsyning. Der er
aktuelt 9 RO-anlæg (omvendt osmose) i drift, og flere anlæg kan forventes etableret. De første anlæg blev
etableret i 1990-91.
Alle kørende anlæg er i bygder. Der kan for flere af anlæggene være tale om forsyning af såvel beboelse som
virksomheder. Membrananlæg bruges kun til afsaltning af havvand, og metoden tages normalt kun i anvendelse,
hvor der ikke er andre alternativer.
Anlæggene har typisk en kapacitet på 1.800 m³/år eller 3.600 m³/år. Anlæggene forsyner et befolkningsgrundlag på
op til ca. 250 personer.
Der har været enkelte forsøg med anvendelse af membraner i større byer i Grønland. I Nanortalik findes et
nanofiltreringsanlæg til behandling af humusholdig brakvand. Anlægget har jf. Nukissiorfiit dog aldrig været i
tilfredsstillende drift. Driften er nu helt indstillet. Der foreligger ikke relevante driftserfaringer fra anlægget, men
problemerne skyldes formentlig bl.a. mangelfuld forbehandling.
RO-anlæggene i bygderne er typisk opbygget med forbehandling i form af sandfilter efterfulgt af varmeveksler,
fødetank, fødepumpe, membraner og desinficering med UV. Varmeveksleren sikrer, at temperaturen hæves, så
fødevandet opnår passende densitet.
Nogle anlæg er udformet med CIP tank og automatisk rengøring af membraner, mens dette ved andre anlæg
foregår mere manuelt. Egentlig regenerering af membraner foretages normalt ikke lokalt.
Strømforsyningen sker via lokale dieselgeneratorer. Opvarmning foretages med oliefyr.
Driftsmæssigt kan der være problemer med RO-anlæggene. Anlæggenes drift er meget afhængig af de lokale
forhold samt ekspertise hos vandværkspasseren. Der gennemføres ikke rutinemæssig servicering af anlæggene fra
membranleverandører eller lignende. Membranerne er følsomme over for frost, hvorfor de særlige forhold på
Grønland kan volde en del problemer.
3.2.2 Økonomi
Driftsomkostninger for det samlede vandbehandlingsanlæg udgør typisk over 200 kr. pr. m³ produceret rentvand.
Driftsomkostningerne er meget afhængig af den faktiske produktion. De væsentligste driftsomkostninger er
energiforbrug til processen og opvarmning samt løn til vandværkspasseren. Øvrige driftsomkostninger som
udskiftning af membraner og kemikalieforbrug er af mindre betydning. Der er ikke omkostninger til afledning af
koncentrat.
3.2.3 Miljøaspekter
Miljømæssigt er RO-anlæggene ikke problematiske. Havvandet er ikke en knap ressource, og koncentratet kan
afledes igen til havet uden miljømæssige gener. Af størst miljømæssig betydning er anlæggenes ret høje
energiforbrug.
Arbejdsmiljømæssigt er opmærksomheden rettet mod håndteringen af kemikalier, som bruges til rensning af
membraner og ved en del anlæg ligeledes i forbindelse med forbehandlingen. Driftspersonalet instrueres i
håndteringen heraf.
3.2.4 Grønlandske erfaringers relevans i forhold til dansk vandforsyning
De grønlandske erfaringer vurderes ikke direkte at kunne overføres til danske forhold:
- Erfaringerne fra Grønland er alle baseret på afsaltning af havvand, hvilket ikke er aktuelt i Danmark
- Anlæggene er små sammenlignet med typiske danske vandforsyningsanlæg
- Drifts- og anlægsmæssigt er de grønlandske forhold i bygderne på flere punkter meget forskellige fra danske
forhold
De grønlandske anlæg viser dog, at membrananlæg kan fungere selv under vanskelige forhold som i grønlandske
bygder.
3.3 Hollandske erfaringer
Hollandske erfaringer er indsamlet igennem en forespørgsel og besøg hos KIWA, der har været behjælpelige med
en vurdering af specielt de økonomiske og miljømæssige konsekvenser ved indførelse af membranfiltrering.
I Holland er der erfaringer med opførelse af store moderne membrananlæg samt implementeringen af
membranfiltrering på små ældre vandværker i yderområder. Der behandles vand med forhøjede koncentrationer af
naturlige og miljøfremmede organiske stoffer, salte samt metaller, hvorfor erfaringerne herfra er relevante i forhold til
dansk vandforsyning.
Strukturen i hollandsk vandforsyning er ikke direkte sammenlignelig med den danske, da der såvel
ressourcemæssigt som administrativt/organisatorisk er markante forskelle. I den vestlige del af Holland, hvor store
områder ligger under havets overflade og er kunstigt indvundet land, er vandforsyningen baseret på indvinding af
brakvand, hvor der foretages en afsaltning i bl.a. RO membraner. I den østlige del af Holland ligner
indvindingsforholdene mere de danske forhold, med en indvinding fra grundvandsmagasiner med ferskvand.
Vandforsyningen i Holland er baseret på få store "non profit" vandforsyningsselskaber. Vandforsyningsselskaberne
har en størrelse, der giver mulighed for en professionel organisation med ansatte, der eksempelvis har stor viden om
etablering og drift af membrananlæg. Hermed adskiller strukturen sig væsentligt fra den danske, hvor mange mindre
vandværker ikke har fast driftspersonale. Erfaringerne fra Holland viser, at anvendelse af membranfiltrering generelt
kræver professionelt driftspersonale.
Membranfiltrering bruges på mange hollandske vandværker til såvel den egentlige vandbehandling som til
behandling af filterskyllevand. Hollandsk vandforsyning har dermed et stort erfaringsgrundlag og teknisk niveau
inden for membranfiltrering. Generelt betragtes membranfiltrering som et alternativ til anden vandbehandling og ikke
blot et supplement, der kan bruges til fjernelse af specifikke problemstoffer eksempelvis efter traditionel beluftning
og filtrering. Membranfiltrering betragtes som alternativ til flokkulering, bundfældning, biofilter og traditionelle
sandfiltre. Hertil kommer, at membranfiltrering i nogle tilfælde udgør en nødvendig hygiejnisk barriere.
Der arbejdes meget på at optimere anlæggene miljømæssigt. Der arbejdes blandt andet med et koncept, hvor
udnyttelsesgraden for NF/RO membrananlæg holdes nede på omkring 50 % for at undgå brug af kemikalier til
antiscaling samtidig med en efterfølgende reinfiltration af skyllevandet til grundvandsmagasinet. Energiforbruget
reduceres væsentligt i dette koncept, da drivtrykket over membranen kan sænkes markant. Ved metoden
opnås således et væsentligt reduceret energi- og kemikalieforbrug, og der sker ikke afledning af spildevand.
På baggrund af hollandske erfaringer er det KIWA's vurdering, at prisen for produktion af drikkevand, ved
indførelse af membranfiltrering afhængig af anlægstype og kapacitet, ligger i intervallet 2,2 – 4,8 kr./m3.se tabel 3.1.
Kapacitet |
NF |
RO |
75.000 m3/år |
4,5 kr. |
4,8 kr. |
400.000 m3/år |
3,0 – 3,7 kr. |
4,1 kr. |
1.000.000 m3/år |
2,2-3,0 kr. |
3,3 kr. |
Tabel 3.1 Produktionsprisen for 1 m3 vand produceret på membrananlæg. Hollandske erfaringer
3.4 Litteratur og referencer
/1/ Alborzfar, M et al. Behandling af brunt vand ved membranfiltrering. Vandteknik nr. 6, august 1996.
/2/ Stamer, C et al. Vandbehandling ved ultrafiltrering. Vandforsyningsteknik 50. Danske Vandværkers Forening.
/3/ Personlige samtaler med John Terp og Erik Stage Pedersen, Nukissiorfiit, Bygdeafdelingen.
/4/ Nukissiorfiit (2003). Oversigtsliste vedr. vandforsyning i bygder.
/5/ Nukissiorfiit (1992). Forsøgsanlæg med omvendt osmose i Saarloq og Saattut. Slutrapport. Nuna Consult og
Cowiconsult j.v.
/6/ Interview med bl.a. Marc Van Eekeren, KIWA. 14.juli 2003.
/7/ Materiale tilsendt fra KIWA juli 2003.
/8/ Aktor Henrik. Okkerslam. Karakterisering af vandværksokkerslam og vurdering af betydning af naturgivne
forhold og fysisk-kemiske processer. Afsluttende rapport for Erhvervsforskeruddannelsen EF 241. 1990.
/9/ Forslund J. Fjernelse af nitrat i drikkevand. DVF-kursus i vandforsyningsteknik XXXIV, side126-142. 1985.
/10/ Andersen, Jens Nonboe et al. Fjernelse af metaller fra grundvand ved traditionel vandbehandling på danske
vandværker. Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen nr. 17. 1999.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |
Version 1.0 December 2003, © Miljøstyrelsen.
|