|
Membranfiltrering, erfaring og muligheder i dansk vandforsyning 3 Danske og udenlandske erfaringerErfaringsgrundlaget 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 erfaringerDanske 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 VandværkMembrananlægget 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 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) Vandværket betragter ikke driften af anlægget som speciel problematisk, og anlægget kører med en stabil drift. 3.1.1.2 Økonomi 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 VandværkMembrananlægget 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
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 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 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 PilotanlægDer 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 erfaringerOplysninger vedrørende anvendelse af membrananlæg i Grønland er indhentet hos Nukissiorfiit. 3.2.1 AnlægsoplysningerDer 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 ØkonomiDriftsomkostninger 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 MiljøaspekterMiljømæssigt 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 vandforsyningDe grønlandske erfaringer vurderes ikke direkte at kunne overføres til danske forhold:
De grønlandske anlæg viser dog, at membrananlæg kan fungere selv under vanskelige forhold som i grønlandske bygder. 3.3 Hollandske erfaringerHollandske 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.
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.
|
