5.1 Pilotförsök
5.1.1 Filtrering av järn och mangan
I början av försöksperioden minskade järnhalten i vattnet tydligt för pilotfiltret med
kalcedonmassan. Då filtret reducerade vattnets järnhalt markant redan efter första veckan är det sannolikt att adsorptionsoxidationen och processen ”oxidation-flock formation” skett vilket även rapporterats av Sharma, et al. [18].
Det tog däremot 50 dagar i drift innan en tydlig minskning av vattnets manganhalt hade uppnåtts. Enligt studier som Cheng, et al. [28] utfört kan det ta flera månader innan mognadstiden för manganavskiljning kan uppnås p.g.a. att det tar längre tid att uppnå biologisk oxidation av mangan jämfört med järn. I den här studien tog det 50 dagar vilket är betydligt snabbare än vad som rapporterats i litteraturen. Ympningen som utfördes i början av driftförsöket kan vara en förklaring till detta. Ympningen innebar sannolikt att både FeOB och MnOB tillsattes i pilotfiltret vilket kan ha påskyndat processen för biologisk oxidation. En annan bidragande orsak till den kortare mognadstiden kan vara att vattnets pH låg på 7,6 pH under försökets gång, då Burger, et al. [31] rapporterat att ett pH mellan 7,4 – 7,5 är en fördel för oxidation av mangan. I en annan studie, som Katsoyiannis & Zouboulis [26] utfört, rapporteras dock att vattnets pH ska vara över 9 för att uppnå en lyckad manganoxidation. Även filtermaterialet kan vara ett skäl till den korta mognadstiden. Studier av Naziemiec, et al. [39] har påvisat att kalcedon har porer som upptar ca 5–25% av volymen vilket ger bra egenskaper för filtrering av järn och mangan. Den porösa strukturen ger en större ytarea vilket gör att bakterierna enklare kan adsorbera till materialet och ger goda möjligheter för tillväxt. Anledningen till den stora avskiljningen av mangan efter 50 dagar kan bero på att mangandioxider som bildats (Ekvation 17) har utfällts och adsorberat på kalcedonmassan vilket i sin tur accelererade processen genom att binda till fler lösta manganjoner.
I pilotfiltret med HUFO-diskar ökade vattnets järnhalt initialt vilket troligtvis berodde på en resultatlös störttappning. Andra veckan i drift bestämdes det att utföra två störttappningar per vecka men tyvärr fungerade även detta ineffektivt då järnpartiklar sannolikt samlades i botten och orsakade de förhöjda värdena av vattnets järnhalt. Störttappningen utfördes normalt efter provtagningen men vi undersökte även om störttappning innan provtagning skulle lösa problemet men även här blev halterna lika. Vad gäller manganavskiljning i pilotfiltret med HUFO-diskar är det svårt att avgöra ifall mognadstiden uppnåtts eller inte. En något reducerad manganhalt uppmättes efter 50 dagar i drift men värdet ökade återigen veckan därpå. Även här kan problemen med ineffektiv störttappning ha påverkat de uppmätta värdena, på samma sätt som för järnpartiklarna. Analyserna har därför inte på ett tillförlitligt sätt kunnat påvisa hur effektiv HUFO-diskarna egentligen varit. Om en process med backspolning installeras istället borde även en filtrering med HUFO-diskar fungera väl. Det fanns dock ingen bra teknisk lösning för att avlägsna utfällt järn och mangan i det här pilotförsöket då det krävs en stor tank för att göra backspolning möjligt.
35
5.1.2 Effekten av inkommande och utgående vattenegenskaper
I Tabell 3, Figur 18 och Figur 20 kan man se att värdena för vattnets temperatur, turbiditet och pH varierar under försökets gång. Det är troligt att råvattnets egenskaper har påverkat resultatet av den biologiska oxidationen av både FeOB och MnOB eftersom denna presterar olika bra under olika förhållanden. Tabell 1 listar några egenskaper hos bakterierna
Gallionella, Leptrothrix och Sphaerotilus som alla är järnoxiderandebakterier. För bakterien Gallionella är den mest optimala temperaturen mellan 8 - 16 °C och pH mellan 6 – 7,6. För bakterien Sphaerotilus är den optimala temperaturen mellan 10–40 °C och pH mellan 5,4 – 9. Leptrothrix är däremot en bakterie som både oxiderar järn och mangan och har sina optimala förhållanden i temperaturer mellan 10 – 40 °C och pH 7,5. Under de sista dagarna av
driftförsöket avlästes en något högre temperatur, speciellt för vattnet som strömmade genom pilotfiltret med kalcedonmassa (ca 10 °C) vilket möjligen framkallat en bättre miljö för bakterierna.
pH i inkommande vatten samt utgående vatten har varit optimala för den biologiska oxidationen av mangan och järn. För båda pilotfiltren varierade vattnets pH som mest mellan 7,3 – 7,7 vilket utgör gynnsamma förhållanden för de tre nämnda bakterierna i Tabell 1.
Vattnets ammoniumhalt verkade haft ett samband med vattnets manganhalt. Efter 50 dagar i drift gick det att se en stor minskning av halten ammonium i vattnet som strömmat genom pilotfiltren samtidigt som vattnets manganhalt minskade drastiskt. Det utgående vattnet från pilotfiltret med kalcedonmassan uppvisade den största minskningen av de två olika filter-materialen. Filtret lyckades reducera ammoniumhalten till 0,083 mg/l efter 50 dagar i drift och 0,005 mg/l efter 77 dagar i drift. Socialstyrelsen [38] har angett riktvärdet 0,50 mg/l då det kan innebära risk för vattenburen smitta och även nitritbildning som kan ske vid värden över 1,5 mg/l. Pilotfiltret med kalcedonmassan lyckades eliminera alla dessa problem med en lyckad reduktion på över 98%.
5.1.3 Implementering i fullskala
En fullskalig implementering av filter med kalcedonmassa ser utifrån det här försöket mest lovande ut för biologisk oxidation av järn, mangan och ammonium. För båda pilotfiltren skulle dock en annan sorts spolmetod än störttappning troligen fungera bättre. För filtermaterialet kalcedonmassa finns det inte många studier utförda vilket kan skapa en osäkerhet och inte kännas som en lika pålitlig metod som diskar eftersom HUFO-diskar använts så tidigt som 1987 i t.ex. Gislaved [44] och nyligen även i Söderhamn utan komplikationer. HUFO-diskar har också fördelen att de är återanvändningsbara och med lätthet kan flyttas till andra reningsstationer.
Skulle dessa två filtermaterial implementeras i andra anläggningar än i Hassela bör råvattnets egenskaper undersökas innan val av filtermaterial görs. Men eftersom de rapporterade resultaten från pilotfiltret med kalcedonmassan varit positiva ser
förutsättningarna för den här sortens filtermaterial bra ut även för andra anläggningar. Det ska också noteras att grundvattnet i Hassela har väldigt höga halter av järn och mangan
36 vilket gör det sannolikt att kunna uppnå en framgångsrik implementering även vid andra grundvattenanläggningar.
5.2 En grönare framtid?
Framtiden ser inte ljus ut på grund av ett förändrat klimat vilket ställer högre och hårdare krav på de svenska dricksvattenanläggningarna. Ett förändrat klimat med högre
temperaturer och förändrat nederbördsmönster kommer att påverka vattenkvalitet,
vattenvolym och flödesmönster hos vattnet. Grundvattennivåerna kommer att förändras och kan leda till förändrade minimum- och maximumnivåer. Vid låga grundvattennivåer finns risk för saltvatteninträngning. Vid höga grundvattennivåer finns större risk för föroreningar på grund av mindre luftad markzon och kortare transporttider. De kortare transporttiderna kan också leda till förändrad grundvattenkemi.
Risken att järn- och manganhalterna i grundvatten ökar är väldigt stor. Redan idag finns det problem med höga järn- och manganhalter vid dricksvattenproduktion med grundvatten. Höga halter av järn och mangan leder till att dricksvattenproduktionen behöver flera beredningssteg vilket redan idag finns i form av t.ex. kemikalietillsatser. I den här studien har det enbart använts metoder som luftning och oxidation vilket minskar både kostnader och kemikalieanvändning. Från ett hållbarhetsperspektiv är metoden biologisk oxidation av järn och mangan en effektiv metod som också minskar på kostnaderna. Under detta försök har det varit möjligt att minska vattnets järnhalt drastiskt med hjälp av biologisk oxidation vilket gjort det möjligt att utesluta användning av kemikalier. Pilotanläggningen med kalcedonmassa har lyckats filtrera bort både järn och mangan i ett reningssteg vilket också håller ner kostnaderna som i sin tur leder till en mer kosteffektiv process.
37