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

Rensning af Miljøfremmede stoffer i vandværksfiltre

5 Karakterisering af filtermaterialer

• 5.1 Sporstofforsøg
• 5.2 Modellering

Ved gennemførelse af forsøg med fjernelse af forureninger i vandværksfiltre er det vigtigt løbende at kunne karakterisere filtrenes hydrauliske tilstand, således, at forureningernes reelle opholdstid i filtrene er kendt. Under feltforhold bestemmes opholdstiden i filtrene normalt ikke. Filtrenes hydrauliske tilstand kan karakteriseres ved en kombination af sporstofforsøg og datatolkning ved hjælp af en hydraulisk model.

5.1 Sporstofforsøg

Sporstofforsøgene er udført ved at injicere 50 ml NaCl opløsning (12 g/l) i den øverste prøvetagningsport (ca. 10 cm over filtermaterialet), hvorefter ledningsevnen er målt i udløbet fra filteret. Under forsøget holdes det frie vand over filtermaterialerne omrørt. Der er udført et sporstofforsøg på hvert af filtrene, inden de blev taget i drift, hvor genfindingen af den tilsatte NaCl for begge forsøg var tæt på 100% (beregnet til 102 %).

De to filtermaterialer, sand og Filtralite, giver meget forskellige kurveforløb (figur 5.1). Sporstoffet afgives langsomt fra den indre porøsitet i Filtralite, og derfor har kurveforløbet en stor spredning og en lang "hale" i modsætning til kurven for sandfilteret, der har en lille spredning og en kort "hale". Opholdstiden, beregnet på baggrund af sporstofforsøgene, er derfor også større for Filtralite filteret end for sandfilteret (tabel 5.1).

Figur 5.1. Sporstofforsøg udført 1.7.2004 på materialerne sand og Filtralite.

Tabel 5.1. Parametre for sporstofforsøg udført 1.7.2004.

(1) Empty bed contact time.

(2) Opholdstid beregnet ud fra sporstofforsøgene.

5.2 Modellering

Modellering af sporstofforsøgene er et vigtigt værktøj til at bestemme parametre som: porøsitet, dispersion og massetransport med henblik på at benytte dem som input til modellering af fjernelsen af forurenende stoffer.

Modellering af sporstofforsøgene er foretaget i simuleringsprogrammet AQUASIM (Reichert, 1998). Modellen for sandfilteret er bygget op af to reaktorer, der repræsenterer det frie vand i filteret over filtermaterialerne og filtermaterialet. Til modellering af det frie vand er anvendt en totalt opblandet reaktor, og til modellering af filtermaterialet er anvendt en jordkolonnemodel til beskrivelse af stoftransport i en mættet jordsøjle. Modellen for Filtralite er derimod bygget op af 3 reaktorer (figur 5.2). Bærelaget og filtermaterialet er modelleret hver for sig, da Filtralite har en indre porøsitet hvilket bærelaget ikke har. I jordkolonnemodellen er det muligt at inkludere immobile zoner, dvs. zoner uden vandtransport, der repræsenterer den indre porøsitet, som findes i Filtralite. I modellen defineres udvekslingen af stof mellem vandfasen uden for partiklerne og den indre porøsitet ved hjælp af exchange-koefficienter, q_ex, der bl.a. afspejler sporstoffets diffusionskoefficient. Modellen inkluderer ydermere processerne: advektion og dispersion.

Figur 5.2. Skitse af opbygningen af modellen for Filtralite filteret i simuleringsprogrammet AQUASIM. I modellen for sandfilteret er bærelaget og filtermaterialet modelleret i samme reaktor.

I modellen for sandfilteret er dispersionen og porøsiteten estimeret, og i modellen for Filtralite er den indre porøsitet og massetransporten (exchangekoefficienten) estimeret foruden dispersion og porøsitet. Modellen er ikke nødvendigvis en "sand" model, men er en mulig model til at beskrive data.

Modelleringen af sporstofforsøgene (figur 5.3 og 5.4) viser, at det er muligt at modellere data fra de to sporstofforsøg tilfredsstillende med den beskrevne model. Den modellerede porøsitet for Filtralite filteret er næsten dobbelt så stor som den modellere porøsitet for sandfilteret (tabel 5.1), og den estimerede dispersion er også langt højere i Filtralite-filteret.

Figur 5.3. Modellering af sporstofforsøg på sandfilteret.

Figur 5.4. Modellering af sporstofforsøg på Filtralite-filteret.

Tabel 5.1. Data estimeret i modelleringen af sporstofforsøgene.

Følsomhedsanalyse

Følsomheden af modelleringen er undersøgt med modellen for Filtralite-filteret som udgangspunkt. Følsomheden for dispersionen, exchangekoefficienten, den indre og ydre porøsitet er undersøgt ved at variere én parameter, mens de andre holdes konstante.

Når dispersionskoefficienten øges, ses et tidligere gennembrud og en lavere kurve (figur 5.5). En stigning i exchangekoefficienten ændrer derimod ved "halens" udseende (figur 5.6), foruden at kurven bliver lavere. En lavere total porøsitet (indre + ydre porøsitet) resulterer i at starten af kurven bliver mere stejl (figur 5.7). Hvis den indre porøsitet øges, vil det ligeledes gøre kurven mere stejl (5.8). De fire parametre har forskellig indflydelse på, hvordan kurvens form ændres. Det er muligt, at en anden kombination af parametrene også vil give en tilfredsstillende modellering af data.

Figur 5.5. Følsomhedsanalyse af estimeringen af dispersionen D i modellen for Filtralite filteret. q_ex = 0,01 m²/time, total porøsitet = 0,78, Fraktion af total porøsitet i immobil zone = 0,25.

Figur 5.6. Følsomhedsanalyse af estimeringen af exchangekoefficienten q i modellen for Filtralite filteret. D= 0,065 m²/time, total porøsitet = 0,78, Fraktion af total porøsitet i immobil zone = 0,25.

Figur 5.7. Følsomhedsanalyse af estimeringen af den totale porøsitet theta i modellen for filtralite filteret. q_ex = 0,01 m²/time, D = 0,065 m²/time , Fraktion af total porøsitet i immobil zone = 0,25.

Figur 5.8. Følsomhedsanalyse af estimeringen af fraktion f af porøsitet i den immobile zone i modellen for Filtralite filteret. q_ex = 0,01 m²/time, D = 0,065 m²/time , total porøsitet theta = 0,78.

Resultaterne af de udførte sporstofforsøg og den efterfølgende modellering viser, at der er stor forskel på de to filtermaterialer grundet den indre porøsitet i Filtralite. Filtralite materialet giver både højere opholdstid, modelleret porøsitet og modelleret dispersion end sand.

Udførelse af sporstofforsøg og efterfølgende datatolkning v.h.a. AQUASIM vil kunne implementeres i den løbende drift styret af LabView.

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

Version 1.0 Oktober 2005, © Miljøstyrelsen.