1 / 59

BM2 Miljøteknikk

BM2 Miljøteknikk. VANNRESSURSER OG VANNFORURENSNING. Foreleser : Prof. Hallvard Ødegaard Institutt for vassbygging. Forelesning 3: TEKNOLOGIER FOR RENSING AV DRIKKEVANN OG AVLØPSVANN SAMT GJENBRUK AV RESSURSER I AVLØPSVANN. Rensing - hvordan og til hvilket formål?.

jared-mckinney
Download Presentation

BM2 Miljøteknikk

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. BM2 Miljøteknikk VANNRESSURSER OG VANNFORURENSNING Foreleser : Prof. Hallvard Ødegaard Institutt for vassbygging Forelesning 3: TEKNOLOGIER FOR RENSING AV DRIKKEVANN OG AVLØPSVANN SAMT GJENBRUK AV RESSURSER I AVLØPSVANN Prof. Hallvard Ødegaard

  2. Rensing - hvordan og til hvilket formål? • Det er i utgangspunktet • de samme teknologiene som • benyttes til : • Behandling av drikkevann • Rensing av avløpsvann • Gjenbruk av ressurser i • vann • men de uønskede stoffene • befinner seg på ulike • konsentrasjonsnivå i de tre • tilfellene og hovedvekten på • hva som fjernes er forskjellig Prof. Hallvard Ødegaard

  3. VANNKILDEKARAKTERISTIKA I NORGE KARAKTERISTIKK OVERFLATEVANN Part. Humus Hyg. O2 Fe/Mn Mulig annet * Store, dype innsjøer ++ +/- + +/- + Kaldt vann * Små tjern og vann + --/+ - + +/- Alger, L/S * Eutrofe innsjøer - +/- - + + Alger, L/S * Elver - -/+ - ++ +/- Lukt,smak * Bekker -- +/- -- ++ +/- Lukt, smak GRUNNVANN * Grunnvann i løsmasser ++ ++ ++ -- - Ca/Mg, NO3 * Grunnvann i fjell +/- + - + +/- Radon, fluor * Kunstig infiltrert vann ++ + + -/+ -/+ Overfl.vann karaktér Prof. Hallvard Ødegaard

  4. KVALITETEN I NORSKE DRIKKEVANNSKILDER Svært mange norske vannkilder har for høyt fargetall og TOC-innhold pga vannets humusinnhold. Ca-innholdet er lavt. Prof. Hallvard Ødegaard

  5. BAKTERIOLOGISK KVALITET %-andel av vannverk med registrert E-Coli i råvann i perioden 1980-1992 Prof. Hallvard Ødegaard

  6. OPPSUMMERING NORSK RÅVANNSKVALITET • Det er meget stor variasjon i råvannskvaliteten • Norsk overflatevann er surt, bløtt, lite saltholdig, • svært ofte humusholdig og ikke bakteriologisk • tilfredstillende • Norsk grunnvann er mer likt norsk overflatevann • (f.eks. bløtere) enn grunnvann i mange andre land • Grunnvannet i Norge har overveiende bedre • kvalitet enn overflatevannet og særlig er den • bakteriologiske kvalitet bedre • Dårlig råvannskvalitet skyldes i Norge i liten grad • forurensning – primært den naturlige tilstand Prof. Hallvard Ødegaard

  7. DRIKKEVANNSBEHANDLING Vannet må behandles slik at det tilfredstiller drikkevannsnormene Problemstilling Tiltak Mulig behandlingsteknologi Høy turbiditet Partikkelfjerning Koagulering/separering Høyt fargetall Humusfjerning Koagulering, ionebytting membranfiltrering, Høyt bakterieinnhold Desinfeksjon Klorering, UV-bestråling, ozonering Lukt og smak Lukt og smak fjern. Aktivkulladsorpsjon Jern og mangan Utfelling Oksydasjon/separasjon Nitrat Nitratfjerning Ionebytting, denitrifikasjon Organiske mikroforur. Reduksjon Adsopsjon på aktivt kull Korrosivt vann Korrosjonskontroll pH- og alkalitets justering, Ca-tilsetting Prof. Hallvard Ødegaard

  8. VANLIG OPPBYGGING AV ANLEGG MED HØYT PARTIKKELINNHOLD (Typisk: elv som vannkilde) • Siling ved inntak og ved behandlingsanlegget • Koagulering og flokkulering • Sedimentering og filtrering • Desinfisering • (Alkalisering / kondisjonering for korrosjonskontroll) • Behandling av slam Prof. Hallvard Ødegaard

  9. KOAGULERING/FLOKKULERING/SEPARERING • Fjerning av partikler foregår normalt i tre trinn: • Koagulering: først må de helt små partiklerne (kolloidalt stoff 0,001-1 m) destabiliseres (en kjemisk reaksjon) ved tilsetning av metallsalter (kort tid og stor turbulens) • Flokkulering: deretter må disse bygges opp til større partikler, som senere kan separeres, ved en langsom omrøring/turbulens i vannet ca 1/2 time (en fysisk reaksjon) • Separering: til sist kan de store eller tunge partiklene separeres fra vannet (ved sedimentering, flotasjon, filtrering) Prof. Hallvard Ødegaard

  10. KJEMIKALIER VED KOAGULERING • Aluminiumsulfat: Al2(SO4)318H20 • Jernsulfat: FeSO4 og jernklorid: FeCl3 • Metallsaltene spaltes, men har lav løselighet i vann ved den rette pH (6,0-6,5), og derfor felles det ut metallhydroksyd som binder seg til partikler og får dem til å sedimentere. • Eks.på reaksjon for aluminiumsulfat: • Al2(SO4)318H2O + 6HCO3- = 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O+3SO42- • Aluminiumhydroksydet feller ut ved pH over 6, binder seg til kolloider og småpartikler i vannet, og sedimenterer • dersom for lite bikarbonat (alkalitet) er tilstede i vannet må dette tilsettes for at ikke pH skal bli for lav, for eksempel ved ekstra tilsetting av kalk Ca(OH)2 eller natriumkarbonat Na2CO3 • for å få sterke fnokker kan det tilsettes små mengder polymer Prof. Hallvard Ødegaard

  11. KOMPAKTANLEGG FOR KOAGULERING/ FLOKKULERING/LAMELLSEDIMENTERING Prof. Hallvard Ødegaard

  12. FJERNING AV HUMUS • Humus: langkjedede organiske molekyler. Problemstillinger: • gir vannet farge (myrvann) • gir vannet høyt innhold av organisk stoff (TOC) • danner kreftfremkallende stoffer ved klorering • adsorberer tungmetaller og organiske miljøgifter ”Det viktigste vi vet om humus, er hvordan vi kan fjerne det” • Flere metoder er aktuelle. • Mest brukt i Norge: • Koagulering/direktefiltrering • Membranfiltrering • Ionebytting • Ozonering/biofiltrering Prof. Hallvard Ødegaard

  13. KOAGULERING/DIREKTEFILTRERING MED KORROSJONSKONTROLL Prof. Hallvard Ødegaard

  14. MEMBRAN FILTRERING Typisk flyteskjema Forbehandling : 50 µmmikrosil Modul : spiral modul Membraner : celluloseacetat Poreåpning : 1 - 5 nm Prof. Hallvard Ødegaard

  15. IONEBYTTING FOR HUMUSFJERNING Prinsipp : Normal drift : R+-X- + Humus- R+Humus- + X- Regenerering : R+Humus + X- R+-X- + Humus- Prof. Hallvard Ødegaard

  16. FJERNING AV HUMUS VED OZONERING/BIOFILTRERING • Tilsetting av ozon som fremstilles på stedet • Ozoneringen fjerner farge, men gjør vannet biologisk ustabilt • Omsetning i biologisk filter stabiliserer vannet biologisk Prof. Hallvard Ødegaard

  17. PREFABRIKERT ANLEGG FOR O3-BIOFILTRERING Prof. Hallvard Ødegaard

  18. DESINFEKSJON Prof. Hallvard Ødegaard

  19. BEHANDLING AV GRUNNVANN • Normalt i Norge: • Fjerning av jern (og evt mangan) (utfelling/filtrering) • Oksygenering (lufting) • Desinfeksjon (klorering, UV-deinfeksjon) • Korrosjonskontroll (tilsetting av Ca, CO2 ) • Normalt i sterkt belastede områder i utlandet: • Fjerning av lukt og smak (H2S) • Fjerning av nitrat (pga intensivt jorbruk) • Fjerning av pesticider (pga intensivt jorbruk) • Fra tid til annen: • Fjerning av fluor (tannhelse) • Fjerning av arsen (giftig) Prof. Hallvard Ødegaard

  20. HARDHETSSKALAEN (BLØTT OG HARDT VANN) • Hardt vann har altså et totalt innhold av Ca2+ og Mg2+ tilsvarende > 150 mg/l CaCO3 • Kan alternativt angis som meq/l CaCO3 • (der 1 meq/l CaCO3 = 50 mg/l CaCO3) Prof. Hallvard Ødegaard

  21. HARDHET I VANN • Hardhet er et buttrykk for vannets innhold av Ca2+ og Mg2+ • Hardt vann kan gi kalkavsetninger som belegg i rør og varmtvannsanlegg, og gir dårligere vask av tøy: • Ca2+ + 2HCO3- => CaCO3 + CO2 + H2O • som gir beleggdannelse dersom innholdet av Ca2+ og HCO3- er høyt, for eksempel som i grunnvann • Alternativt vil bløtt vann kunne gi korrosjon på ledn.nettet: • CaCO3 + CO2 + H2O => Ca2+ + 2HCO3- • gir korrosjon i sementrør fordi CaCO3 i røret løses opp og • utvaskes til vannet • denne utvaskingen kan hindres ved å holde en moderat høy konsentrasjon av HCO3- og Ca2+ Prof. Hallvard Ødegaard

  22. HARDHET OG EKVIVALENTVEKTER • Ekvivalentvekt (EW) = (atom eller molekylvekt)/n • For ioner (eks. Ca2+, Al3+) : n = valens/ioneladning (dvs hhv 2, 3) • For ikke-ioniske forbindelser (eks. CaCO3): n = antall H+-ioner som trengs for å erstatte kationet (dvs 2 må erstatte Ca2+) • EW for CaCO3 = (40+12+3*16)/2 = 100/2 = 50g/eq. (mg/meq.) • EW for Ca2+ = (40,1)/2 = 20 mg/meq • EW for HCO3- = (1+12+3*16)/1 = 61 mg/meq • Når vi måler hardhet omregnes alt til mg/l målt som CaCO3: • mg/l av X målt som CaCO3 = X [mg/l] * 50,0 / x • X er konsentrasjonen av det aktuelle hardhetsstoffet (eks. Ca2+) • 50,0 er ekvivalentvekten (mg/meq) av CaCO3 • og x er ekvivalentvekten (mg/meq) av hardhetsstoffet • Total hardhet målt som CaCO3 blir da summen av hver individuell hardhet for Ca2+, Mg2+, og evt. andre stoffer i vannet Prof. Hallvard Ødegaard

  23. FJERNING AV HARDHET (lite aktuelt i Norge) • Hardt vann må bløtgjøres ved fjerning av hardhetsionene, med kalk-soda prosessen eller med ionebytting • Kalk-soda prosessen: • Ca2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2 => 2CaCO3 + 2H2O • Mg2+ + 2HCO3- + 2Ca(OH)2 => 2CaCO3 + Mg(OH)2  + 2H2O • men dersom det er for lite bikarbonat tilstede i vannet må det tilsettes soda (Na2CO3) og reaksjonen kan da bli slik: • MgSO4 + Ca(OH)2 + Na2CO3 => 2CaCO3 + Mg(OH)2  + Na2SO4 • Bruk av ”ionebytting”: • Ca2+ + 2HCO3- + NaR => CaR + 2Na+ + 2 HCO3- • der R er et fastsittende ionebytter-resin (zeolitter eller syntetiske) • reaksjonen er 100% effektiv så lenge det er Na+ igjen i ionebytteren • når all Na+ er oppbrukt kan ionebytteren vaskes med NaCl • CaR + 2NaCl => Na2R + CaCl2 (feller ut kalsiumklorid) Prof. Hallvard Ødegaard

  24. KORROSJONSKONTROLL • Fordi mye av vannet i Norge er bløtt, surt og med lav alkalitet • må man ofte behandle det med sikte på å redusere korrosivitet • Det oppnås gjennom ulike metoder: • tilsetting av kalk (Ca), kullsyre (CO2) og evt lut (NaOH) • filtrering gjennom kalsiumkarbonat (marmor) • tilsetting av mikronisert marmor • I alle tilfellene er målet : • å øke pH til 7,5-8,5 • å øke kalsium-innholdet til 15-25 mg Ca/l • å øke alkaliteten til 0,6 – 1,0 mekv/l Prof. Hallvard Ødegaard

  25. AVSALTING AV HAVVANN • Internasjonalt (Midt-Østen, Sør-Øst Asia etc) er det et stort marked for avsalting av havvann • De dominerende prosessene er omvendt osmose og elektrodialyse (særlig ved små og mellomstore anlegg) eller flertrinns destillasjon (spesielt ved store anlegg) Prof. Hallvard Ødegaard

  26. DESTILLASJON OG OMVENDT OSMOSE • Destillasjon oppkonsentrerer saltene ved fordampning og utslipp av et konsentrat • Omvendt osmose gjør det samme ved trykk over en semipermeabel osmosemembran Prof. Hallvard Ødegaard

  27. SAMMENSETNING AV AVLØPSVANN Middelverdi for 87 renseanlegg i 1990 Prof. Hallvard Ødegaard

  28. ULIKE METODER FOR FJERNING AV AVLØPSVANN Forbehandling Siling av avløpssøppel Primærrensing Slamavskilling (bunnfelling av slampartikler) Sekundærrensing Kjemisk rensing (utfelling + slamavskilling) Biologisk rensing (mikrobiell omsetn.+slamavsk) Tertiærrensing Biologisk/kjemisk u/N-fjerning Kjemisk/biologisk m/N-fjerning Prof. Hallvard Ødegaard

  29. % SS BOF P N <20 <15 <10 <10 50 30 25 15 90 80 90 25 90 90 30 25 90 90 95 30 90 90 95 80 Primærrensing (mekanisk) Siling(1,5mm) Sediment. Sekundærensing Kjemisk Biologisk Tertiærrensing Biol/kjem u/N-fjern. Kjem/biol. m/N-fjern. Prof. Hallvard Ødegaard

  30. TYPISKE RENSEEFFEKTER VED ULIKE METODER Prof. Hallvard Ødegaard

  31. SFT’s minstekrav til rensing Gode marine resipienter < 10.000 pe Primærrensing > 10.000 pe Sekundærrensing Gode ferskvannsresipienter (og elvemunninger) Alle anlegg Sekundærrensing P-følsomme marine resipienter > 2.000 pe Tertiærresning m/P-fjerning N og P-følsomme marine resipienter > 10.000 pe Tertiærresning m/P- og N-fjerning P-følsomme ferskvannsresipienter > 2.000 pe Tertiærresning m/P-fjerning N og P-følsomme ferskvannsresipienter > 10.000 pe Tertiærresning m/P- og N-fjerning Prof. Hallvard Ødegaard

  32. FORBEHANDLING- SANDFANG OG FETTFANG Hensikten med et sand- fang ved renseanlegget er å fjerne sand, grus, kaffegrus og lignende slik at man reduserer slitasjen på pumper og utstyr i anlegget. Hensikten med fettfang er å fjerne fettstoffer som ellers vil danne mye flyteslam rundt om i renseanlegget. I praksis bygges sand- og fettfang ofte som et felles basseng. Prof. Hallvard Ødegaard

  33. PRIMÆRRENSING (MEKANISK RENSING) VED SEDIMENTERING • Sedimentering den vanligste metoden for fraseparering av slam – primærrensingsanlegg er normalt sedimenteringsanlegg • Etter sedimenteringen skrapes bunnslammet inn mot midten av tanken og pumpes vekk • Renset vann trekkes av i overkant i tankperiferien Prof. Hallvard Ødegaard

  34. PRINSIPPER FOR KJEMISKE RENSEANLEGG • FELLINGSMIDDEL (Al, Fe, Ca) • FLOKKULERING (20-30 min, 2-4 kammer) • FNOKKSEPARERING (Sedimentering, Flotasjon, Filtrering Prof. Hallvard Ødegaard

  35. MIDLERE RENSERESULTAT VED NORSKE PRIMÆRFELLINGSANLEGG Prof. Hallvard Ødegaard

  36. PRINSIPPER FOR BIOLOGISK RENSING AV AVLØPSVANN • I anlegg med suspendert • bakteriekultur er mikro- • organismer flokkulert • sammen i fnokker som er • suspenderte i vannet • Resirkulering av biomasse • I anlegg med fastsittende • bakteriekultur (biofilm) • vokser bakteriene på • en fast flate • Ingen resirkulering Prof. Hallvard Ødegaard

  37. FLYTESKJEMA FOR BIOLOGISK RENSEANLEGG BASERT PÅ AKTIVSLAM Figuren viser et konvensjonelt mek-biol. renseanlegg, slik vi ser de fleste anlegg på kontinentet Forbehandling, forsedimentering, aktivslam, utråtninG av slam Prof. Hallvard Ødegaard

  38. STOFFREDUKSJONER VED AKTIVSLAM • Vanligvis er utløpet nede i 30 mg/l for BOD og SS • Innholdet av fosfor og nitrogen er fortsatt høyt Prof. Hallvard Ødegaard

  39. KLASSISK OPPBYGGET AKTIVSLAMANLEGG Prof. Hallvard Ødegaard

  40. AKTIVSLAM MED RENT OKSYGEN Bruk av ren O2 i aktivslamanlegg muligjør høyere slamkonsentrasjon og dermed mindre luftetank, dvs lavere investeringskostnad men høyere driftskostnad Prof. Hallvard Ødegaard

  41. EKSEMPEL PÅ TRADISJONELLE BIOFILANLEGG • I rislefilteret sprayes vannet over filterflaten, og risler ned gjennom filteret som består av plastmedium (evt stein – gamle anlegg) • Mikroorganismer vokser på plastmediets flater og danner en biofilm I biorotoranlegg vokser biofilmen på delvis neddykkede roterende skiver eller tromler som skaper stor kontaktflate Prof. Hallvard Ødegaard

  42. EKSEMPEL PÅ BIOFILMANLEGG – PRINSIPPSKISSE DEN NTNU/SINTEF UTVIKLEDE KALDNESPROSESSEN Anaerob/anoxisk reaktor Aerob reaktor Prof. Hallvard Ødegaard

  43. KALDNES PROSESSEN THE MOVING BED BIOFILM PROCESS Biomassen vokser på små plastikkelementer som holder seg suspenderte i vann- massen og produsert biomasse eroderes av elementene i samme takt som den dannes Prof. Hallvard Ødegaard

  44. KARAKTERISTIKA AV BÆREELEMENTENE Biofilmbærer : Materiale : Polyethylene (tetthet 0,95 g/cm3) Størrelse : K1 - Diam./Lengde = 10mm/7mm K2 - Diam./Lengde = 15mm/15mm Prof. Hallvard Ødegaard

  45. BÆREELEMENT MED BIOFILM Prof. Hallvard Ødegaard

  46. PRINSIPP BIOLOGISK/KJEMISKE RENSEANLEGG Prof. Hallvard Ødegaard

  47. MOVING BED BIOFILMPROSESS FOR N-FJERNING MBBR POST DENITRIFICATION (Chem.) MBBR COMBINED DENITRIFICATION Prof. Hallvard Ødegaard

  48. FLYTESKJEMA FOR RENSEANLEGG BASERT PÅ N-FJERNING I MOVING BED PROSESS (Type Lillehammer, Nordre Follo, Gardermoen Prof. Hallvard Ødegaard

  49. GARDERMOEN RENSEANLEGG Prof. Hallvard Ødegaard

  50. DET ER TO RESSURSTRØMMER UT AV ET AVLØPSRENSEANLEGG 1. Avløpsvann 2. Slam • Ressurser i avløpet: • Avløpsvannet selv • Næringsstoffer • Varme • Ressurser i slammet • Næringsstoffer • Energipotensialet • Biogass and -brensel • Metaller (koagulanter) Prof. Hallvard Ødegaard

More Related