UPTEC W11 003
Examensarbete 30 hp
Mars 2011
Vattenkvalitet och risker vid
ändrat intag för vattenförsörjning
i Västerås
Implications for water quality in relocating
the drinking water intake point for Västerås
Lisa Strömner
i REFERAT
Vattenkvalitet och risker vid ändrat intag för vattenförsörjning i Västerås Lisa Strömner
Vatten är vårt viktigaste livsmedel och en förutsättning för allt liv. I de fall där råvatten för beredning av dricksvatten tas från ytvatten är det ytterst viktigt att säkerställa en bra vattenkvalitet, lämpat för dricksvattenberedning.
Västerås stad tar idag sitt råvatten från Västeråsfjärden, i Mälarens västra delar, 3 km från Västerås stad. I staden finns bl.a. småbåtshamnar, oljehamn, avloppsreningsverk, Svartåns utlopp, nödbräddavlopp, avloppspumpstationer och dagvattenutsläpp. Dessa aktiviteter påverkar vattenkvaliteten i fjärden negativt och därför har Mälarenergi AB valt att undersöka möjligheterna att flytta intaget till Granfjärden, 10 km öster om Västeråsfjärden. Där skulle råvattenintaget inte vara lika utsatt för samhällets direkt negativa vattenpåverkan. Intaget kan läggas på ett större djup och där kan vattenkvaliteten vara bättre och mindre riskutsatt.
I detta examensarbete har vattenkvaliteten och föroreningsriskerna jämförts mellan fjärdarna.
Analysresultat från provtagningar i Granfjärden jämfördes med prover från Västeråsfjärden.
Riskerna behandlades i två delar. I den första delen identifierades föroreningsrisker genom att sammanställa material från tidigare projekt samt genom att studera kartor. I den andra delen togs olycksscenarion inom sjöfarten fram. SMHI simulerade dessa scenarion och en bedömning gjordes sedan över hur riskutsatta de båda råvattenintagen är.
Trots det stora avståndet från Västerås stad till Granfjärden var skillnaden i vattenkvalitet mellan fjärdarna förvånansvärt liten, men skillnader påvisades för några av de analyserade parametrarna. Granfjärdens bottenvatten hade signifikant lägre halter organiskt material, lägre färgtal och lägre temperatur än det nuvarande råvattenintaget. Däremot förekom lägre syrgashalter i slutet av sommaren än vid råvattenintaget i Västeråsfjärden. Om problem skulle uppstå i dricksvattenberedningen till följd av låga syrgashalter finns möjlighet att byta till ett grundare intag vid samma punkt. Det grundare intaget är dock mer utsatt för risker än det djupare.
Samtliga utsläpp från de simulerade olyckorna späddes ut minst 1000 gånger innan de spred sig till råvattenintagen. Båda råvattenintagen är som mest utsatta vid sydvästlig och västlig vind. I Västeråsfjärden ger dessa vindriktningar en medurs strömningsbild i fjärden, vilket innebär att föroreningsutsläpp från staden förs mot råvattenintaget. De största riskerna för råvattenintaget i Granfjärden är utsläpp i farleden och den mikrobiologiska belastningen från enskilda avlopp och djurhållning. I Västeråsfjärden är den största riskfaktorn utsläpp från stadens aktiviteter och verksamheter längs den östra stranden.
Nyckelord: dricksvatten, råvattenkvalitet, riskjämförelse, vattenberedning, vattenskydds- område, Mälaren
Institutionen för geovetenskaper, Luft-, vatten- och landskapslära. Uppsala Universitet.
Geocentrum, Villavägen 16, SE-752 36 UPPSALA ISSN 1401-5765
ii ABSTRACT
Implications for water quality in relocating the drinking water intake point for Västerås.
Lisa Strömner
Water is the most essential resource for life. In cases where drinking water is processed from surface water it is important to ensure the raw water is of good quality, and is suitable for processing through the water treatment plant.
The drinking water for Västerås is sourced from Västeråsfjärden, in the western side of Lake Mälaren. The city itself is home to marinas, ports, a wastewater treatment plant, the Svartån outlet, sewage pumping stations and stormwater outlets. Because of the negative effects these activities have on surface water quality, Mälarenergi AB is interested in relocating the raw water intake point to Granfjärden, 10 km east of Västeråsfjärden. At Granfjärden the intake point would be less exposed to the activities in Västerås, and could be placed at a greater depth, resulting in better water quality.
In this Master’s thesis the water quality and the pollution risks at Västeråsfjärden and Granfjärden sites are compared. Existing water quality data were compared, and pollution risks were investigated in two ways. Firstly potential risks in the catchment area were identified through compiling previously reported information and map analysis. Secondly, possible accident scenarios from shipping were identified. Following this, SMHI simulated the accident scenarios and their estimated effects on the two sites were then assessed.
This research shows that the water quality difference between sites is small but key differences exist in the levels of organic matter, color, transparency and temperature, making the Granfjärden location preferable. Potential problems associated with the low oxygen levels found during the end of summer at Granfjärden may be addressed by temporarily raising the intake point. It should be noted however that this temporary solution may increase the exposure to pollution.
In conclusion, accident scenario simulations showed the potential concentration of pollutants at both sites is low, with effluents diluted at least 1000 times. Prevailing southwesterly and westerly winds occuring at both intake points generate a clockwise circulation in Västeråsfjärden. This causes all effluents from urban activities to reach that intake point, which is the most notable risk associated with this site. In contrast, the two largest risks for the Granfjärden site are shipping effluents and the microbiological load from individual sewage treatment systems and animal waste.
Keywords: drinking water, raw water quality, risk-comparison, water treatment, water safety plans, Mälaren
Department of Earth Sciences, Air, Water and Landscape Science, Uppsala University,Villavägen 16, SE-752 36 UPPSALA
ISSN 1401-5765
iii FÖRORD
Detta examensarbete har utförts inom civilingenjörsutbildningen i miljö- och vattenteknik vid Uppsala universitet. Examensarbetet har pågått under 20 veckor, vilket motsvarar 30 hp.
Projektet har utförts på uppdrag av Mälarenergi AB i Västerås under handledning av Göran Vikergård, avdelningschef på vattenverket, Mälarenergi AB. Ämnesgranskningen är utförd av Andreas Bryhn, vid Institutionen för geovetenskaper vid uppsala Universitet.
Jag vill först och främst tacka Mälarenergi som har erbjudit detta projekt. Stort tack till Göran Vikergård och ”gubbarna” på vattenverket för att ni har svarat på frågor, ställt upp med skjuts och trevliga fikaraster. Tack alla ni på Mälarenergi som på olika sätt bidragit med era erfarenheter och kunskaper till projektet. Jag vill även tacka Walter Gyllenram på SMHI som utförde simuleringen av olycksscenarion och svarade på de frågor som dök upp under arbetets gång. Ett särskilt tack förtjänar Ulf Eriksson på Ramböll som granskade rapporten och gav givande synpunkter under arbetets gång. Tack Andreas Bryhn för granskning av arbetet.
Andra som har hjälp mig är Henrik Jacobsson (forskare), Helmer Thiede (driftchef Mälarhamnar) och Ann Norberg (Västerås Miljö- och Hälsoskyddsförvaltning), tack.
Tack till Mälarens vattenvårdsförbund och SMHI för tillstånd att publicera figurer i detta arbete och tack SLU för tillstånd att använda analysresultat från Granfjärden och Västeråsfjärden.
Ett sista tack till min David, min familj och mina vänner. Tack för att ni lyssnar, peppar och förgyller mina dagar.
Lisa Strömner Uppsala, 2011
Copyright © Lisa Strömner och Institutionen för geovetenskaper, Luft-, vatten- och landskapslära, Uppsala Universitet
UPTEC W 11 003, ISSN 1401-5765
Tryckt hos Institutionen för geovetenskaper, Geotryckeriet, Uppsala Universitet, Uppsala 2011
iv Populärvetenskaplig sammanfattning
Vattenkvalitet och risker vid ändrat intag för vattenförsörjning i Västerås Lisa Strömner
Västerås får idag sitt dricksvatten från Västeråsfjärden, i västra delen av Mälaren. För att dricksvattnet i hushållen skall hålla en god kvalitet krävs även en god kvalitet på vattnet som tas in från Mälaren, råvattnet. Råvatten är det vatten som efter behandling pumpas ut till samhället som dricksvatten. En god råvattenkvalitet är en förutsättning för att en enkel och effektiv beredning skall vara möjlig i vattenverket samt för att dricksvattnet ska hålla en jämn och bra kvalitet. När råvattnet tas från ett ytvatten, t.ex. en sjö eller en å, har verksamheter och aktiviteter i närheten av råvattenintaget stor påverkan på vattenkvaliteten. I Västerås är råvattenintaget placerat 3 km från staden, norr om Björnö. I staden finns flera verksamheter och aktiviteter som kan påverka vattnet i Västeråsfjärden negativt. Exempel på sådana aktiviteter är avloppsreningsverkets och Svartåns utlopp, verksamheter i hamnen med lastning och lossning av oljeprodukter, farleden där risk finns för olyckor och utsläpp av dagvatten från stadens hårdgjorda ytor.
Mälarenergi önskar att utreda förutsättningarna för att byta råvattenintag till Granfjärden, 10 km öster om dagens intag. Granfjärden ligger långt från stadens påverkan och vid ett område där industriella verksamheter saknas. Examensarbetet syftade till att jämföra en vald plats i Granfjärden med dagens råvattenintag i Västeråsfjärden. Jämförelsen gjordes både med avseende på vattenkvalitet och potentiella föroreningsrisker.
I Granfjärden hade prover tagits och analyserats under ett år. Dessa jämfördes med analyser från dagens råvattenintag i Västeråsfjärden. När data saknades användes analysresultat från SLU:s övervakningsprogram i Mälaren. Resultaten visade att vattenkvaliteten i Granfjärden var något bättre än i Västeråsfjärden, men skillnaden var förvånansvärt liten med tanke på det större avståndet till Västerås. Halten organiskt material var lite lägre både vid SLU:s mätstationer och för proverna tagna av Mälarenergi i Granfjärden. Färgtalet och siktdjupet är två parametrar som är starkt kopplade till den organiska halten. Färgtalet avser hur färgat (brunt) vattnet är och siktdjupet beskriver hur djupt ljuset når i vattenvolymen. Även dessa parametrar visar på bättre värden i Granfjärden än i Västeråsfjärden. En lägre halt av organiskt material kräver en lägre dos kemikalier i vattenverket och minskar risken för tillväxt av mikroorganismer i ledningar.
Botten i Granfjärden håller, på grund av ett större djup, dessutom en lägre temperatur under sommaren. Idag är temperaturen i utgående dricksvatten för hög under vissa perioder på grund av höga temperaturer i ytvattnet sommartid. Ett råvattenintag i Granfjärden kan minska risken för att detta skall ske. En nackdel är dock de låga syrgashalterna som uppmättes i slutet av sommaren. Låga syrgashalter kan frisätta järn och mangan, vilka är oönskade i dricksvattnet och kan vara svåra att skilja bort i vattenverket. För att komma runt problemen med låga syrgashalter kan råvattnet tas in vid ett ytligare intag. Det skall dock påpekas att ett ytligare intag är mer utsatt för föroreningsrisker.
v
I examensarbetet ingick även att identifiera föroreningsrisker till de båda intagspunkterna.
Detta gjordes i två delar. I den ena delen identifierades möjliga olycksscenarion inom sjöfarten, oljehamnen och Svartån. Samtliga olyckor innebar utsläpp av föroreningar till ytvattnet. För att undersöka spridning och utspädning av dessa utsläpp anlitades SMHI.
Olycksutsläppen simulerades och sedan gjordes en bedömning över i vilken omfattning de båda intagspunkterna påverkades. I den andra delen identifierades möjliga föroreningskällor i de båda intagspunkternas närhet. Information hämtades från tidigare projekt samt genom att studera kartor. Kartorna gav bl.a. information om markanvändning, förorenade områden, enskilda avlopp och vattendrag i Granfjärden.
Resultatet av riskdelen av examensarbetet visade att utsläppen från de valda olyckorna späddes ut minst 1000 gånger innan de hade spridit sig till råvattenintagen. Både Granfjärden och Västeråsfjärden påverkas mest vid sydvästliga och västliga vindar, vilka är de vanligast förekommande. I Västeråsfjärden ger dessa en medurs cirkulation, vilket innebär att utsläpp från stadens aktiviteter transporteras med ytvattnet till råvattenintaget. Den största risken för råvattenintaget i Västeråsfjärden bedöms därför vara föroreningsutsläpp längs stadens strand vid sydvästlig och västlig vind.
Det finns inga industriella verksamheter i Granfjärden motsvarande de i Västeråsfjärden.
Området kring Granfjärden består till största del av små bostadsområden, skog och jordbruksmark. De största riskerna i Granfjärden bedöms komma från olyckor i farleden eller den mikrobiologiska belastningen från enskilda avlopp och djurhållning i närområdet. Hur stor denna belastning är skall undersökas under våren 2011.
Sammanfattningsvis kan ett nytt intag i Granfjärden vara något bättre både med avseende på vattenkvalitet och föroreningsrisker. Dock är skillnaderna små. Fler undersökningar bör göras på vattenkemin i Granfjärden innan beslut tas av Mälarenergi.
vi INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1 INLEDNING ... 1
1.1 SYFTE ... 2
1.2 AVGRÄNSNINGAR ... 2
1.3 TIDIGARE STUDIER ... 3
2 METOD ... 4
2.1 INSAMLING OCH BEARBETNING AV DATA ... 4
2.2 PROVTAGNING AV JÄRN OCH MANGAN ... 7
2.3 RISKER ... 7
3 BAKGRUND ... 8
3.1 OMRÅDESBESKRIVNING ... 8
3.2 VATTENKEMIPARAMETRAR ... 9
3.2.1 Vattentemperatur ... 10
3.2.2 Syrgashalt och syremättnad ... 10
3.2.3 Järn ... 11
3.2.4 Mangan ... 11
3.2.5 pH ... 11
3.2.6 Alkalinitet ... 12
3.2.7 Konduktivitet ... 12
3.2.8 Organiskt material (CODMn, TOC) ... 12
3.2.9 Turbiditet ... 13
3.2.10 Färgtal ... 13
3.2.11 Absorbans ... 13
3.2.12 Siktdjup ... 14
3.2.13 Kalcium ... 14
3.3 VÄSTERÅS DRICKSVATTENFÖRSÖRJNING ... 14
3.4 PLANERAT RÅVATTENINTAG I GRANFJÄRDEN ... 16
3.5 VATTENSKYDDSOMRÅDE ... 17
3.6 POTENTIELLA FÖRORENINGSRISKER ... 20
3.6.1 Västeråsfjärden ... 20
3.6.2 Granfjärden ... 23
3.7 SJÖFART PÅ MÄLAREN ... 28
3.8 IDENTIFIERING AV MÖJLIGA OLYCKSSCENARION ... 29
3.8.1 Olycka Sandskär ... 29
vii
3.8.2 Tågolycka Svartån ... 29
3.8.3 Olycka oljehamnen ... 30
3.8.4 Olycka Lilla Aggarö ... 30
3.8.5 Olycka Granfjärdsklack ... 30
3.9 MIKROBIOLOGISKA RISKER... 31
3.10 DRICKSVATTEN I FRAMTIDEN ... 33
4 SMHI:S SIMULERING AV OLYCKSSCENARION ... 35
4.1 Analys av SMHI:s modellsimuleringar ... 37
5 RESULTAT ... 48
5.1 VATTENKEMI ... 48
5.1.1 Vattentemperatur ... 48
5.1.2 Syrgashalt ... 51
5.1.3 Järn och mangan ... 53
5.1.4 pH ... 55
5.1.5 Alkalinitet ... 55
5.1.6 Konduktivitet ... 56
5.1.7 Organiskt material ... 57
5.1.8 Turbiditet ... 58
5.1.9 Färgtal och absorbans ... 59
5.1.10 Siktdjup ... 60
5.1.11 Kalcium ... 61
6 DISKUSSION ... 62
6.1 VATTENKEMI ... 62
6.2 RISKER ... 64
6.2.1 Västeråsfjärden ... 64
6.2.2 Granfjärden ... 65
7 SLUTSATSER ... 66
7.1 VATTENKEMI ... 66
7.2 RISKER ... 66
8 REFERENSER ... 68
8.1 TRYCKTA ... 68
8.2 MUNTLIGA ... 71 BILAGA A ... A
viii
BILAGA B ... B
1 1 INLEDNING
Vatten är vårt viktigaste livsmedel och en förutsättning för allt liv. Därför är det viktigt att skydda sjöar och vattendrag mot aktiviteter och verksamheter som kan påverka vattenkvaliteten negativt. Inom EU ställs stora krav på skydd av vattenområden som används till dricksvatten och fokus ligger på att säkra de tillgångar som finns i flera generationer framöver. I Sverige finns det gott om vatten som håller bra kvalitet för dricksvattenberedning.
Det är viktigt att skydda dessa vatten mot alla potentiella föroreningskällor som finns i avrinningsområdet (Svenskt vatten, 2007).
Mälaren försörjer nästan två miljoner människor med dricksvatten och är därmed Sveriges viktigaste ytvattentäkt (Stockholm stad, 2010). Det är av stor betydelse att Mälarens vatten håller en bra kvalitet för att säkra dricksvattentillgångarna på lång sikt (Norrvatten, 2010).
Trendanalyser visar att grumligheten och vattenfärgen ökar i samtliga delar av Mälaren vilket är ett resultat av en ökad nederbörd. Ett grumligt vatten med mycket färg kräver större mängd kemikalier i dricksvattenberedningen och ökar risken för mikrobiologisk tillväxt i ledningar (Wallin & Weyhenmeyer, 2001).
Samtidigt som Mälaren används som dricksvattentäkt är den viktig för sjöfart, hamnverksamhet, jordbruk, bad och båtliv, fiske, skogsbruk, friluftsliv och rekreation (Mälarens vattenvårdsförbund, 2008). Sjöfarten har varit och är mycket viktig för industri och näringsliv i Mälardalen. Dagligen färdas flera fartyg på farleden från Södertälje till Västerås eller Köpings hamn (MariTerm AB, 2002). Fartygstrafiken är betydelsefull för näringslivet också i framtiden, men utgör en stor risk för Mälarens vattenkvalitet. Framförallt finns en risk för att fartygsolyckor ger stora utsläpp av föroreningar (Jacobsson, 2006a).
Västerås är en av kommunerna som använder Mälaren som dricksvattentäkt. Under år 2010 försåg Hässlö vattenverk cirka 126 000 personer med dricksvatten (Björklund, personlig kontakt, 2010). Dagens råvattenintag ligger på 6 meters djup i Västeråsfjärden, nordväst om Björnö (figur 1). Västeråsfjärden är en relativt grund fjärd med stora områden där djupet är mindre än 3 meter (Karlsson, 2009). Längst in i fjärden ligger staden Västerås med bl.a.
småbåtshamnar, oljehamn, avloppsreningsverk, Svartåns utlopp, nödbräddavlopp, avloppspumpstationer och dagvattenutsläpp.
En del av stadens aktiviteter påverkar vattenkvaliteten i fjärden negativt och därför har Mälarenergi valt att undersöka möjligheterna att flytta vattenintaget till Granfjärden (figur 1).
Granfjärden är belägen ca 10 kilometer öster om Västeråsfjärden och är inte lika utsatt för samhällets direkt negativa vattenpåverkan. Intaget i Granfjärden kan läggas på ett större djup än i Västeråsfjärden och där skulle vattenkvaliteten kunna vara bättre och mindre riskutsatt.
Prover har tagits i Granfjärden under ett års tid, augusti 2009–augusti 2010, och analyserats med avseende på relevanta parametrar för dricksvattenberedning.
2
Figur 1 Dagens råvattenintag i Västeråsfjärden och det undersökta intaget i Granfjärden (©
Lantmäteriet Gävle 2010. Medgivande | 2010/0055).
I detta arbete har vattenkvaliteten och föroreningsriskerna jämförts mellan Västeråsfjärden och Granfjärden. Dessutom har en simulering utförts av SMHI (Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut) för att beskriva hur ett antal tänkta utsläpp från olyckor i farleden, hamnen och i Svartån sprider sig i fjärdarna och i vilken omfattning utspädning sker innan de når råvattenintagen.
1.1 SYFTE
Syftet med examensarbetet är att jämföra vattenkvaliteten och riskerna vid nuvarande råvattenintag i Västeråsfjärden med ett alternativt intagsläge i Granfjärden. Riskerna som skall undersökas i arbetet är dels potentiella risker i närheten av råvattenintagen samt hur utsläpp från olyckor i farleden, oljehamnen och Svartån sprids och späs ut. Rapporten kommer vara underlag när Mälarenergi skall fatta beslut om ett eventuellt nytt råvattenintag.
1.2 AVGRÄNSNINGAR
I arbetet ingår inte att lokalisera var intaget placeras bäst, utan endast att beskriva om intaget vid Granfjärden lämpar sig bättre än intaget i Västeråsfjärden. Punkten i Granfjärden är vald utifrån tidigare undersökningar som bäst lämpad för ett nytt intag. I undersökningen togs då hänsyn till djup, farledens sträckning och avstånd till vattenverket.
I provtagningarna på Granfjärden har ett begränsat antal parametrar analyserats. Det finns ingen möjlighet att undersöka skillnader i mikrobiologi, fosfor- och kväveföreningar, bekämpningsmedel m.m. med de befintliga analysresultaten. Det finns dessutom endast data tillgängliga från fyra provtillfällen på råvattnet i Västeråsfjärden under samma tidsperiod som provtagningen i Granfjärden. Bedömningar i detta arbete är gjorda efter de data som finns tillgängliga.
3
I SMHI:s simulering har endast några fåtal scenarion tagits med. I simuleringen tas inte hänsyn till påverkan från fritidsbåtar, dagvattenutsläpp, Svartåns utlopp, nödbräddavlopp eller avloppsreningsverket. Simuleringarna har enbart gjorts för vattenlösliga ämnen då dessa utgör störst risk att förorena råvattnet. Det har lagts större vikt vid utsläpp med högre densitet än vatten då risken är större att de når intaget snabbare än ett utsläpp med lägre densitet.
Spridningen av ett orimligt stort utsläpp av ett ämne med lägre densitet än vatten vid Lilla Aggarö och vid Sandskär har undersökts för att få en bild av hur ett sådant ämne sprids. Det har dock inte beräknats hur stora dessa utsläpp skulle kunna vara vid ett realistiskt scenario.
1.3 TIDIGARE STUDIER
Det har tidigare genomförts tre projekt inom Mälarenergi som behandlar strömförhållanden i Västeråsfjärden. Det första gjordes av VBB Ingenjörer 1982 och är en recipientundersökning av Västeråsfjärden. Spridningen av bakterier och föroreningar undersöktes genom att tillsätta ett spårämne och sedan göra mätningar i fjärden. Projektet gjordes för att det under några tillfällen hade uppmätts höga bakteriehalter i fjärden. Enligt mätningarna var vinddrivna strömmar dominerande i fjärden. Västliga vindar gav upphov till medurs vattenströmmar medan östliga vindar drev vattnet moturs i fjärden. När fjärden var oskiktad och vinden drev på från väst skedde en direkttransport av avloppsvatten från reningsverket till råvattenintaget.
Uppehållstiden beräknades till 1-3 dygn och utspädningsfaktorn 100-300. Vid en medurs cirkulation är motsvarande uppehållstid 3-6 dygn. Vintertid när fjärden är islagd är bakteriehalterna som högst i djupvattnet. Starka västvindar i kombination med långsam bakteriell avdödning och risk för nödbräddningar på grund av extrem nederbörd gör att belastningen är högst under senhösten (Göransson & Isgård, 1982).
Den andra rapporten, Västeråsfjärden- Utredning av strömmar och vattenkvalitet, är utförd av det danska forskningsinstitutet DHI, under 2009. Där simuleras den bakteriella påverkan på badplatser och råvattenintaget från dagvattenutsläpp, Svartåns och avloppsreningsverkets utlopp. En strömningsmodell har upprättats för Västeråsfjärden, där hänsyn tas till djup, vattentemperatur och densitet, vind, vattenstånd, tillflöden och utsläpp från land, värmeutbyte med atmosfären, turbulens och corioliskraft. Varje utsläpp har en egen märkning för att kunna spåra vilken föroreningskälla som förorenar respektive badplats. Enligt studien är de största bakteriella föroreningskällorna på råvattenintaget avloppsreningsverkets utlopp och dagvattenutsläpp vid Framnäs (Karlsson, 2009). Denna studie har använts för att bedöma bakteriebelastningen på dagens råvattenintag.
Den tredje rapporten, Spridning av kylvatten i Västeråsfjärden, är utförd av SMHI 2010.
Syftet med rapporten var att undersöka hur temperaturen av ett kylvattenutsläpp påverkar temperaturen i fjärden. En modell sattes upp och sommar- och vinterscenarion med olika vindriktningar simulerades (Edman & Gyllenram, 2010). För detta examensarbete har SMHI anlitats för att simulera hur utsläpp från olyckor i fjärdarna påverkar råvattenintagen. Samma modell användes som i det tidigare projektet men med nya årstidsförhållanden och en expandering av beräkningsnätet.
4 2 METOD
Examensarbetet är uppdelat i två delar. Den ena delen jämför vattenkvaliteten i Granfjärden och Västeråsfjärden och den andra delen handlar om att identifiera risker och undersöka hur olika utsläpp till följd av olyckstillbud sprider sig i Mälaren. Vattenkvaliteten har undersökts och jämförts efter prover tagna av Mälarenergi och SLU (Sveriges Lantbruksuniversitet) vid de båda fjärdarna. I riskdelen har dels undersökningar gjorts över vad det finns för potentiella föroreningsrisker i respektive fjärd, dels har möjliga olycksscenarion som kan påverka råvattenintagen identifierats. Olycksscenarion, med mängd, typ av ämne och tid för utsläpp, har sedan beskrivits för SMHI som har simulerat dessa i en, från ett tidigare samarbete (Edman & Gyllenram, 2010), uppsatt modell över Västeråsfjärden och Granfjärden. I simuleringen framkommer hur utsläppen från olyckorna sprids och späds i fjärdarna.
Litteraturstudier har gjorts för att få kunskap om analyserade parametrar, Mälaren, dricksvattenberedning, fartygstrafik, hamnverksamhet, släckvatten, mikrobiologiska risker, vattenskyddsområde och troliga effekter på vattenkvalitet vid klimatförändringar.
2.1 INSAMLING OCH BEARBETNING AV DATA
Analysresultat som används i detta examensarbete är hämtade från olika projekt som gjorts i Västeråsfjärden och Granfjärden och från provtagningar utförda inför detta projekt. De analysresultat som använts till denna rapport beskrivs nedan. Förklaringar över de parametrar som nämns i detta avsnitt finns beskrivna i avsnitt 3.2.
Granfjärden
Prover har tagits inför detta projekt i Granfjärden av ALcontrol Laboratories AB i Linköping.
ALcontrol Laboratories är ackrediterat enligt SWEDAC vilket säkerställer analyser av hög kvalitet (Swedac, 2010). Prover har tagits varannan vecka på varannan meter, från ytan till botten, under ett års tid. Vid samtliga provtagningar har proverna analyserats med avseende på temperatur, syrgashalt, syremättnad, järn och mangan. För varannan provtagning har analyserna för ytan och botten utökats med pH, konduktivitet, alkalinitet, turbiditet, färg, kemisk syreförbrukning (CODMn) och kalcium. En sammanställning av samtliga
provtagningsparametrar redovisas i tabell 1. Vid varje provtagningstillfälle har vindriktning, vindhastighet, sjögång, siktdjup och molnighet noterats.
Västeråsfjärdens råvattenintag
På råvattnet tas ett större prov ut av Mälarenergi fyra gånger per år. Provet analyseras hos ALcontrol Laboratories i Linköping med avseende på turbiditet, lukt, färg, konduktivitet, pH, alkalinitet, kemisk syreförbrukning (CODMn), kväveföreningar, fluorid, klorid, sulfat, metaller, hårdhet och bekämpningsmedel (tabell 1). De fyra proverna är fördelade över året för att få en bild över säsongsvariationer (Mälarenergi, 2010b).
Utöver de fyra prov som tas på råvattnet mäts också vattentemperatur, turbiditet och pH kontinuerligt på inkommande vatten.
Västeråsfjärden N och Granfjärden Djurgårds Udde
SLU har ett miljöövervakningsprogram för Mälaren där flera provtagningsplatser ingår, utspridda över hela sjön. Prover har tagits sedan 1967 och analyser har gjorts för ett 20-tal
5
parametrar. En sådan provtagningsplats finns i Granfjärden vid Djurgårds udde och en annan i norra delen av Västeråsfjärden (figur 2). Dessa data hämtades från SLU:s vattendatabank (SLU, 2010b) i september 2010 och har använts som komplement till de prov som tagits vid den planerade intagspunkten i Granfjärden och i Västeråsfjärdens råvatten de senaste åren.
Analysresultaten har dessutom använts för att få en bild över långsiktiga trender i de båda fjärdarna.
Figur 2 SLU:s mätstationer Västeråsfjärden N och Granfjärden Djurgårds Udde (© Lantmäteriet Gävle 2010. Medgivande | 2010/0055).
Västra Holmen och Fulleröfjärden
Varje år gör Mälarenergi AB, tillsammans med fem andra företag verksamma i området, en recipientkontroll över Västeråsfjärden och Svartån. I arbetet med recipientkontrollen tas prover varannan vecka och fjärdens tillstånd bedöms efter Naturvårdsverkets riktlinjer för bedömning av sjöar och vattendrag (Naturvårdsverket, 1999). Data från Västra Holmen och Fulleröfjärden har använts när uppgifter från råvattenintaget i Västeråsfjärden saknats (figur 3).
6
Figur 3 Mätstationer i recipientkontrollen, Västra Holmen och Fulleröfjärden (© Lantmäteriet Gävle 2010. Medgivande | 2010/0055).
Provtagningsparametrar analyserade för de olika mätstationerna sammanfattas i tabell 1.
Tabell 1 Analyser gjorda vid de olika mätstationerna
Parameter Enhet Provtagningspunkt
Granfjärden intag
Västeråsfjärden intag
Granfjärden Djurgårds Udde
Västeråsfjärden N
Västeråsfjärden recipientkontrollen
Västeråsfjärden drift
Temperatur °C X X X X X X
Syrgashalt mg/l X X X X
Syremättnad % X X X X
Järn mg/l X X X X
Mangan mg/l X X X X
pH X X X X X X
Alkalinitet mg/l X X X X X
Konduktivitet mS/m X X X X X
Organiskt material
COD mg/l X X
TOC mg/l X X X
Turbiditet FNU X X X
Absorbans/Färg mg/l Pt 405 nm 405 nm 420 nm 420 nm 420 nm 455 nm
Siktdjup m X X X X X
Kalcium mg/l X X X
Data från de olika provtagningarna har kontrollerats och behandlats och sedan sammanställts i grafer för att dra slutsatser om trender och skillnader mellan de olika platserna. För att avgöra om det fanns några signifikanta skillnader mellan fjärdarna har ett t-test gjorts för flertalet av parametrarna. T-testet gjordes, enligt anvisningar i Håkanson (1999), vid ett konfidensintervall på 95 %.
7
2.2 PROVTAGNING AV JÄRN OCH MANGAN
För att undersöka om järn och mangan i Granfjärden är i en form som enkelt kan skiljas bort i vattenverket togs prover på tre olika djup i Granfjärden, strax under ytan, vid 7 meter och vid 18 meter. Proverna togs i början av november när fjärden var oskiktad och vattentemperaturen var 6,4 °C genom hela vattenpelaren. Provtagningsflaska med kork sänktes ned till önskat djup och sedan drogs korken ur och flaskan fylldes med vatten. Detta gjordes likadant för samtliga djup. Fram till analystillfället, en månad senare, förvarades proverna frysta i glasflaskor.
För varje provtagningsdjup förbereddes två prover, ett filtrerat genom mikrofilter och det andra obehandlat. Det filtrerade provet syresattes även med hjälp av en akvariepump för att järn- och manganjonerna skulle bli olösliga. Behandlingen för det filtrerade provet motsvarar den behandling råvattnet får i vattenverket. Det andra provet analyserades utan behandling.
Resultaten från de båda mätningarna jämfördes.
2.3 RISKER
I denna studie togs några möjliga olycksscenarion för fartygstrafik fram och med utgångspunkt från dessa simulerades spridnings- och utspädningsförhållanden av SMHI. Vid ett tidigare samarbete mellan SMHI och Mälarenergi (Edman & Gyllenram, 2010) sattes en modell upp där vattenvolymen för hela Västeråsfjärden och nästan hela Granfjärden var inkluderade. För att få en tillförlitlig simulering över spridning och utspädning av utsläpp från bestämda olycksscenarion önskade därför Mälarenergi att anlita SMHI igen. För detta projekt behövde endast ett litet område i Granfjärden läggas till i den befintliga modellen och nya årstidsdata tas fram. I detta examensarbete ingick att identifiera och beskriva möjliga olycksscenarion där utsläpp sker i fjärdarna. Scenariorna diskuterades fram i samråd med Henrik Jacobsson (forskare Mälardalens högskola), Helmer Thiede (driftledare Mälarhamnar AB), Göran Vikergård (avdelningschef vattenverket, Mälarenergi AB) och Walter Gyllenram (SMHI). Olycksscenarion, med mängd, typ av ämne och tid för utsläpp beskrevs sedan för SMHI som, efter Mälarenergis önskemål, simulerade dessa.
Resultaten från SMHI:s simulering presenteras på tre sätt, som tidsserier av koncentrationen vid råvattenintagen, som spridnings- och utspädningsfigurer vid utsläppspunkterna och som figurer över hur bottenströmmarna rör sig vid råvattenintagen för samtliga vindriktningar.
Samtliga bilder är framtagna av SMHI och hämtade från rapporten ”Spridning och utspädning av utsläpp i Västeråsfjärden och Granfjärden” (Gyllenram & Hallberg, 2010).
I den andra delen av riskjämförelsen identifierades potentiella föroreningsrisker i Västerås- och Granfjärden. För Västeråsfjärden hämtades mycket information från tidigare projekt där riskerna identifierats och beskrivits. För Granfjärden har potentiella risker tagits fram genom att bland annat studera kartor över verksamheter och markanvändning i närområdet.
8 3 BAKGRUND
3.1 OMRÅDESBESKRIVNING
Mälaren är Sveriges tredje största sjö och har ett avrinningsområde på cirka 22 600 km2, vilket motsvarar 5 % av Sveriges totala yta. Avrinningsområdet består till 70 % av skogs- och myrmarker, 20 % åker- och ängsmarker och 11 % av sjöar. Totalt är sex län och ca 50 kommuner belägna helt eller delvis inom avrinningsområdet. Sjön har ett medeldjup på 12,8 meter och ett maxdjup på 66 meter. En femtedel av sjön är grundare än 3 meter, vilket gör Mälaren till en relativt grund sjö. Mälaren brukar delas in i sex olika bassänger (figur 4), vilka är uppdelade efter naturliga avgränsningar vid öar och förträngningar i sjön. Vattnets uppehållstid i bassängerna varierar mellan 0,05-1,8 år och avgörs av respektive bassängs volym och tillrinning. Den teoretiska uppehållstiden för hela sjön är 2,8 år. Uppehållstiden påverkar hur väl partiklar, ämnen och föroreningar avsätts i delbassängerna. En lång uppehållstid ger mer tid för sedimentering och nedbrytning och resulterar därför i en bättre vattenkvalitet. Uppehållstider, jordart, markanvändning och verksamheter i avrinningsområdet är de viktigaste faktorerna som påverkar vattenkvaliteten i de olika bassängerna. Variationen i vattenkvalitet är därför stor inom sjön (Sonesten m.fl., 2010).
Figur 4 Mälarens indelning i bassänger (Mälaren vattenvårdsförbund, 2000).
Innan 1100-talet var Mälaren en del av Östersjön, men genom landhöjningen har Mälaren gradvis blivit en insjö. Vid utloppet i Norrström finns en naturlig tröskel som vid landhöjningen successivt närmade sig vattenytan. Sedan 40-talet är Mälaren reglerad vid Norrström, Söderström, Hammarby sluss i Stockholm och vid Slussen och Maren i Södertälje (figur 5). Avtappningsregleringen av Mälaren är en viktig funktion för att bibehålla en god dricksvattenkvalitet för de 2 miljoner människor som varje dag använder sig av Mälarens vatten. Regleringen hindrar saltvatten från att tränga in i Mälaren samt gör att översvämningar undviks. Vid en översvämning ökar risken för läckage av föroreningar från förorenad mark och bräddningar av orenat avloppsvatten. Cirka 5 % av Mälarens medelflöde används som dricksvatten och ungefär lika mycket släpps ut från kommunala avloppsreningsverk, industrier och dagvatten (Stockholm stad, 2010).
9
Figur 5 Mälarens avrinningsområde och tappningsställen för reglering (Stockholm stad, 2010).
Under början av 1960-talet var Mälaren kraftigt övergödd och SLU påbörjade därför kontinuerliga undersökningar av Mälarens vattenkvalitet. Sedan 1970-talet har flera åtgärder genomförts för att minska belastningen av näringsämnen till sjön. De stora kommunala avloppsreningsverken kompletterades med kemisk fällning av fosfor, renat vattnet från flera avloppsreningsverk i östra Mälaren släpptes istället ut i Östersjön och krav ställdes på jordbruket för att minska näringsläckaget. Idag är Mälaren fortfarande övergödd med kraftiga algblomningar i de inre delarna och syrebrist på bottnarna sommartid (Mälarens vattenvårdsförbund, 2000). De senaste åren har vattnet dessutom blivit grumligare och har en starkare vattenfärg vilket kan förklaras genom en ökad nederbörd på grund av klimatförändringar . Effekterna av detta syns i alla Mälarens bassänger. Ett grumligare och mer färgat vatten försvårar dricksvattenberedningen och kräver större mängder kemikalier (Wallin & Weyhenmeyer, 2001).
Mälaren är viktig, inte bara ur dricksvattensynpunkt, utan även för sjöfart, hamnverksamhet, jordbruk, bad och båtliv, fiske, skogsbruk, friluftsliv och rekreation. Att värna om Mälarens goda vattenkvalitet och eliminera de föroreningsrisker som finns anses vara av stor betydelse för sjöns framtid (Mälarens vattenvårdsförbund, 2000).
3.2 VATTENKEMIPARAMETRAR
Hässlö vattenverk använder ytvatten från Västeråsfjärden i Mälaren vid beredning av dricksvatten. Ytvattnets kvalitet kan ändras beroende på årstid, föroreningsbelastning, verksamheter och aktiviteter i tillrinningsområdet. För att hålla en säker och stabil beredning krävs kunskap om råvattnets kvalitet och variationer (Svenskt vatten, 2008). Prover har tagits i Granfjärden från augusti 2009- augusti 2010 och analyserats med avseende på parametrar relevanta för dricksvattenproduktion. Proverna har inte analyserats med avseende på mikrobiologi, bekämpningsmedel eller kväve- och fosforföroreningar.
10 3.2.1 Vattentemperatur
Temperaturen i vattnet är en viktig parameter att undersöka då den är betydande för all biologisk aktivitet. Tillväxt och nedbrytning av organiskt material samt mikrobiologisk tillväxt ökar med ökad temperatur (Svenskt vatten, 2008). Om det utgående dricksvattnets vattentemperatur är hög ökar den mikrobiologiska tillväxten och hastigheten för kemiska reaktioner i distributionsnätet. Riktvärdet för temperaturen på utgående vatten är 12 °C och gränsvärdet är 20 °C (Livsmedelsverket, 2006).
I Mälarens djupa fjärdar uppstår temperaturskiktningar sommartid (Sonesten m.fl., 2010). En skiktbildning uppstår för att vattnets densitet ändras med temperaturen. Vattnet är som tyngst vid 4 °C och sjunker då till botten. Under våren och sommaren värms vattnet upp och en temperaturprofil bildas med kallt vatten vid botten och varmare vid ytan. När skiktet är bildat skapas två vattenvolymer med olika fysikaliska egenskaper (ALcontrol Laboratories, 2010).
Den övre delen, epilimnion, påverkas av vind och omblandas lätt. Den undre delen, hypolimnion, behålls relativt opåverkad under skiktningstiden. Gränsen mellan dessa två vattenvolymer kallas språngskikt, termoklin (Wetzel, 2001).
I Västerås infiltreras vattnet i Badelundaåsen vid Hässlö samt vid Fågelbacken. Åsen jämnar ut vattentemperaturen under året. Vintertid värms vattnet medan under sommaren bidrar åsen med en kylning (Mälarenergi, 2010b). Riktvärdet för temperaturen på utgående vatten överskrids sommartid både vid Hässlö vattenverk och vid Fågelbackens vattenverk.
Fågelbackens vatten håller generellt en högre temperatur än Hässlös. Gränsvärdet har dock aldrig överskridits. I Granfjärden kan råvattenintaget placeras på 19 meters djup och därmed kan eventuellt ett kallare vatten erhållas under sommaren. Västeråsfjärdens intag ligger på 6 meter och omblandas genom hela vattenpelaren av vind och strömmar, vilket motverkar skiktbildning (Vikergård, personlig kontakt, 2010).
3.2.2 Syrgashalt och syremättnad
Halten syre löst i vattnet varierar med vattnets temperatur och salthalt. Ju högre temperatur och salthalt desto mindre syre kan lösas i vattnet. Ibland mäts syremättnaden vilket är ett mått på hur mycket syre vattnet innehåller jämfört med vad det teoretiskt kan innehålla med aktuell temperatur och salthalt. Ur biologisk synpunkt är syremättnaden ett dåligt mått på syreförhållanden eftersom djurlivets toleransgränser uttrycks i syrgashalt (Naturvårdsverket, 1999).
De processer som tillför syre till vattnet är fotosyntesen och kontakt med luft genom vindar och strömmar. Det är endast den övre delen av vattenvolymen som tillförs syre genom dessa processer (Svenskt vatten, 1994). Vid botten förbrukas syre när det organiska materialet skall brytas ned. Mälaren bedöms vara en övergödd sjö, vilket betyder att organiskt material finns i stora mängder. När det är varmt och näringstillgången är god sker en kraftig algtillväxt, varpå nedbrytningen kräver stor tillgång på syre (Mälarenergi, 2010a). Organiskt material tillförs även via vattendrag och avrinningsområden, under perioder med mycket nederbörd kan belastningen bli högre än vanligt. Förhindras omblandning av en skiktning i vattenmassan finns risk för syrebrist vid botten där endast syreförbrukande processer sker. Om råvattnet filtreras behövs syre för att kunna bryta ner det organiska materialet. Ett syrefattigt råvatten
11
kan också ge problem vid beredningen av dricksvatten på grund av höga halter järn och mangan (Svenskt vatten, 2008).
3.2.3 Järn
Järn finns naturligt i jord och berggrund. Vid syrerika förhållanden är järnet i olöslig form, Fe3+, och utgör inget problem i dricksvattenberedningen. Vid syrebrist reduceras järnet till den lösliga formen, Fe2+, och förs med vattnet till konsumenten eller vattenverket. Problem med järn är vanligare i grundvatten där syrefria förhållanden är vanligt förekommande. Järn kan avskiljas genom luftning eller tillsats av fällningskemikalier med efterföljande filtrering.
Luftningen tillför syre till vattnet och järnet övergår då till sin olösliga form igen. Syresättning kan ske i ledningar och i reservoarer vilket ger problem med utfällningar och risk för bakterietillväxt (Gray, 2008). Järn i dricksvatten kan även komma från tillsatta processkemikalier och från korrosion av ledningar eller annan utrustning i beredningen och distribueringen. För höga halter ger ett missfärgat brunt vatten (Svenskt vatten, 2008).
Gränsvärdet för utgående dricksvatten är 0,1 mg/l (Livsmedelsverket, 2005) och riktvärdet för råvattnet 1,0 mg/l (Svenskt vatten, 2008).
3.2.4 Mangan
Mangan finns i svenska sjöar och vattendrag dels som ett resultat av mänsklig påverkan men främst genom vittring av berggrund och mark. Problem med mangan i dricksvatten är, av samma anledning som för järn, vanligare i grundvatten än i ytvatten. Vid syrebrist reduceras mangan från olöslig form till Mn2+-joner (Gray, 2008). I olöslig form ger mangan problem med utfällningar i ledningar, missfärgningar av bl.a. tvätt samt oönskad lukt och smak (Berglund m.fl., 2007).
Mangan är lite svårare att skilja bort från råvatten än järn, endast syresättning är inte tillräckligt. pH-värdet bör höjas till 8,5-9 för att få en tillräcklig avskiljning. Vid ett så högt pH finns risk för att aluminiumflockarna som är kvar efter sedimentationen blir lösliga samt att det krävs högre klordoser i desinficeringssteget än normalt (Gray, 2008). Gränsvärdet för mangan i utgående vatten är 0,050 mg/l Mn (Livsmedelsverket, 2005) och riktvärdet för råvatten 0,3 mg/l Mn (Svenskt vatten, 2008).
3.2.5 pH
pH är en viktig parameter som beskriver hur surt ett vatten är. pH-värdet påverkar djurlivet och i vilken form kemiska ämnen finns i vattnet. Exempelvis ökar många metallers löslighet vid låga pH-värden. I sjöar ligger pH-värdet normalt mellan 6 och 8 men kan variera över året. Vid snösmältning tillförs surare vatten och en pH-sänkning kan registreras medan en ökning kan registreras under den varma tiden av året när algproduktionen är hög. På samma sätt kan det variera under dygnet, med en ökning under den ljusa delen av dagen. Växternas fotosyntes förbrukar koldioxid vilket ger en förhöjande effekt eftersom koldioxiden har en försurande verkan på vattnet. Enligt Naturvårdsverkets klassningar av sjöar räknas en sjö som sur när dess pH-värde underskrider 6,8 (Naturvårdsverket, 1999).
Många reaktioner och förlopp styrs av pH och temperatur, så även flockningsprocessen i vattenverket. Beroende på vilket flockningsmedel som används och råvattnets kvalitet varierar det optimala pH-intervallet för flockning. Om pH-värdet ligger utanför detta intervall blir
12
fällningen inte tillräckligt effektiv och en högre dos fällningskemikalier måste användas (Svenskt vatten, 1992). Ett annat problem med ett lågt pH-värde är att det, tillsammans med låg alkalinitet, ökar korrosiviteten på järn- och kopparledningar med höga halter i dricksvatten som följd (Berghult m.fl., 2006). Utgående vatten bör enligt Livsmedelverket (2006) ligga på ett värde lägre än 9,0. Ett högre pH-värde kan ge utfällningar, smak och en sämre desinfektion (Livsmedelverket, 2006).
3.2.6 Alkalinitet
Alkalinitet är ett mått på vattnets förmåga att förhindra pH-förändringar, s.k. buffertkapacitet.
Ju högre värde desto bättre kapacitet. Den totala koncentrationen av karbonat (CO32-
) och vätekarbonat (HCO3-) avgör till största del måttet på buffertkapaciteten (Mälarenergi, 2010a).
Mälaren har en god buffertkapacitet och kan därför motstå försurning relativt bra.
Alkaliniteten är högre i de nordöstliga delarna på grund av de kalkrika jordlagren (Mälarens vattenvårdsförbund, 2010).
I beredningen av dricksvatten är en hög alkalinitet inte alltid bra, då det krävs mer kemikalier för att justera ned pH-värdet till en önskad nivå (Johansson, 2003). I slutsteget av beredningen tillsätts dock kemikalier som höjer alkaliniteten för att motverka korrosion på ledningar.
Enligt Livsmedelsverket (2006) bör alkaliniteten på utgående vatten vara högre än 60 mg/l HCO3. På Hässlö och Fågelbackens vattenverk tillsätts kalk och koldioxid vilket ger en alkalinitet runt 80 mg/l.
3.2.7 Konduktivitet
Konduktiviteten beskriver vattnets ledningsförmåga, d.v.s. hur mycket joner/salter som finns i vattnet. Vanliga joner i sötvatten är kalcium, magnesium, natrium, kalium, klorid, sulfat och vätekarbonat (Mälarenergi, 2010a). Om konduktiviteten i utgående vatten överskrider gränsvärdet 250 mS/m finns risk för korrosion i ledningsnätet (Livsmedelsverket, 2006).
Konduktiviteten är också en bra indikator på om råvattnet blivit påverkat av förorening (Svenskt vatten, 2008).
3.2.8 Organiskt material (CODMn, TOC)
Organiskt material i sjöar kan antingen komma från externa källor eller produceras i sjön.
Tillrinning från marker i avrinningsområdet och från vattendrag är exempel på externa källor.
Vid kraftiga regn sköljs mycket humus ur markerna vilket ger en högre organisk belastning på sjön (Svenskt vatten, 2007). Det organiska materialet kan vara delvis nedbrutet och benämns då humussyror. Det är humussyror, järn och mangan som ger sjöar den bruna färgen.
Produktionen av organiskt material i sjöarna styrs bl.a. av tillgång på näringsämnen, solljus och temperatur. Det organiska materialet, t.ex. alger och växter, dör till slut och faller ner till botten, där det mineraliseras. Vid nedbrytningen förbrukas syre (Johansson, 2003). Enligt Svenskt vatten (2007) är trenden sedan 1960-talet en långsam ökning av det organiska materialet i många svenska sjöar. I avsnitt 3.10 beskrivs mer ingående hur ett förändrat klimat inverkar på den organiska belastningen.
Det finns flera olika analysmetoder som bestämmer halten organiskt material. Den analysmetod som använts för proverna i Granfjärden och råvattenintaget i Västeråsfjärden är mätning av den kemiska syreförbrukningen (CODMn). I metoden bestäms den del av det
13
organiska materialet som kan oxideras med hjälp av oxidationsmedlet kaliumpermanganat (KMnO4). Mängden tillsatt oxidationsmedel motsvarar mängden organiskt material (Johansson, 2003). I SLU:s mätningar har istället den totala halten organiskt material mätts (TOC).
Organiskt material skiljs bort i Hässlö vattenverk genom fällning med efterföljande sedimentation och snabbfiltrering samt i mindre grad genom nedbrytning vid infiltration i Badelundaåsen. Det är viktigt att reducera halten organiskt material i dricksvatten, dels för att förhindra tillväxt av mikroorganismer i ledningsnät och reservoarer (Svenskt vatten, 1994), dels för att minska dosen av desinfektionsmedel (klor).
3.2.9 Turbiditet
Turbiditeten beskriver vattnets grumlighet, d.v.s. vattnets innehåll av partiklar. Turbiditeten beror på mängden organiskt material, lerpartiklar och plankton i vattnet (Naturvårdsverket, 1999). Turbiditeten kan variera mycket under ett år och mellan olika år. Speciellt efter kraftiga regn kan turbiditeten öka då regnet för med sig partiklar från markerna till ytvattnet (Svenskt vatten, 2007).
Vid mätning av turbiditeten tillåts ljus passera genom vattnet och spridningen registreras. En kortvarig ökning av turbiditeten i dricksvattnet kan ge indikationer på att de mikrobiologiska barriärerna inte är tillräckligt effektiva (Svenskt vatten, 2008). På Hässlö vattenverk mäts turbiditeten kontinuerligt på flera ställen. Mätningarna reglerar bl.a. mängden fällningskemikalier som tillsätts. Enligt Livsmedelsverkets (2006) föreskrifter är gränsvärdet för turbiditet i utgående dricksvatten 0,5 FNU.
3.2.10 Färgtal
Det är framförallt humus-, mangan- och järnföreningar som påverkar färgtalet (brunheten) i ett vatten. Färgen absorberar ljuset som tränger genom vattnet och försämrar ljusförhållanden i vattenmassan. Färgtalet är en faktor som bestämmer hur djupt ned i vattenvolymen som primärproduktionen kan ske (SLU, 2010a). Trender visar att färgtalet har ökat i Mälaren under de senaste åren (Johansson, 2003).
Tidigare mättes färgtalet genom att visuellt jämföra ett vattenprov med en färgskala. Det blev en subjektiv bedömning med viss osäkerhet. Idag mäts vattenfärgen istället med spektrofotometri. Värdet multipliceras enligt en formel och ger ett tal som i viss mån är jämförbart med de gamla analysvärdena (SLU, 2010a) .
Höga färgtal betyder höga halter humus-, järn- eller manganföreningar och kan ge problem med fällningen i vattenverken (Svenskt vatten, 2008). I Mälaren är färgtalet i regel högre i de västra delarna än de östra då de i större grad påverkas av skog i avrinningsområdet (Wallman, 2008). Vid Hässlö vattenverk mäts färgen på inkommande vatten varje vardag med spektrofotometri.
3.2.11 Absorbans
Absorbansen mäter vattnets innehåll av lösta ämnen och partiklar. Ju högre ljusabsorbans desto mer ämnen och partiklar finns det i vattnet. Absorbansen brukar mätas för filtrerat och
14
ofiltrerat prov. Skillnaden mellan dessa motsvarar då vattnets partikelhalt, grumlighet. I det filtrerade provet är det främst lösta humusämnen och järn som absorberar ljuset. Absorbansen kan mätas med olika våglängder och kyvettlängder, vanligast i Sverige är 420 nm och internationellt 436 nm (SLU, 2010a). ALcontrol mäter absorbansen i Granfjärden och Västeråsfjärdens råvatten vid 405 nm medan de mäter vid 420 nm vid recipientkontrollen.
SLU mäter vid 420 nm.
3.2.12 Siktdjup
Siktdjupet är ett visuellt mått på hur mycket partiklar och färg vattnet innehåller. Ett vatten med litet siktdjup är grumligt och starkt färgat (hög turbiditet och högt färgtal). Ljuset har då svårt att tränga ner och fotosyntesen begränsas till de ytligare lagren. Vid mätning av siktdjupet sänks en vitfärgad skiva ner i vattnet. När den inte längre syns har man nått siktdjupet (Naturvårdsverket, 1999).
3.2.13 Kalcium
Kalciumkarbonat finns naturligt i lösa jordlager och i berggrunden och därför också i vattnet.
En hög halt i vattnet kan ge utfällningar i vattenverket och i distributionsnätet.
Kalciumkarbonat kan ge funktionsproblem både i vattenverket och hos användaren, vanligaste då i tvättmaskiner och varmvattenberedare (Svenskt vatten, 2008). Kalciumsalter skiljer sig från många andra metallsalter genom en minskad löslighet vid högre temperaturer. Det är orsaken till problem med utfällningar i tvätt- och diskmaskiner. Kalciumkarbonat tillför vattnet alkalinitet genom karbonatjonen och ökar dess hårdhet genom kalciumjonen.
Hårdheten avgörs av både halterna kalcium och magnesium (Livsmedelverket, 2006).
Enligt Svenskt vatten (2008) är riktvärdet för kalciumhalten på råvattnet 100 mg/l. Det finns inget motsvarande gränsvärde för utgående vatten utan istället används ett riktvärde på 20-60 mg/l för att motverka korrosion (Livsmedelsverket, 2006).
3.3 VÄSTERÅS DRICKSVATTENFÖRSÖRJNING Intaget
Hässlö vattenverk har tagit in sitt vatten från Mälaren, norr om Björnö, sedan 1949. Intaget ligger på 6 meters djup. För att undvika att det ytligaste vattnet sugs in är intaget konstruerat så att vattnet sugs från sidorna in i ledningen. Runt inloppet sitter ett galler som hindrar större flytande föroreningar, som plastföremål, att sugas in i ledningen. Från inloppet leds vattnet till en råvattenpumpstation cirka 900 meter från intaget (figur 6). Där sitter ett rensgaller som rensar bort större föroreningar som fisk och växter.
Mikrosilar
Det första steget i vattenverket tar bort större föroreningar som fisk, alger och växter. Detta görs i roterande trumsilar. Vattnet leds in i mitten av trumman och filtreras genom en silduk till tråget utanför trumman. Råvattnets turbiditet mäts efter trumsilarna och styr doseringen av fällningskemikalier. Ju högre turbiditet desto större dos kemikalier. Dosen påverkas också av turbiditeten efter fällningen och efter sandfiltret. Vid Hässlö vattenverk varierar turbiditeten efter mikrosilarna mellan 5-25 FNU beroende på årstid och väderlek. Turbiditeten är vanligen högre i december-maj än i maj-november.
15 Kemisk fällning
Turbiditeten består av små partiklar och laddade föreningar, t.ex. humusföreningar, lera och alger som måste skiljas bort. En del av föroreningarna, speciellt humus, är små och inte tillräckligt tunga för att hinna sedimentera i en sedimentationsbassäng.
Föroreningarna har ofta en negativ laddning och genom att tillföra fällningskemikalier med positiv laddning neutraliseras partiklarna och kan då dras till varandra och bilda större sedimenterbara partiklar, så kallade flockar (Svenskt vatten, 1992). Fällningskemikalien som används i Hässlö vattenverk är PAX (aluminiumklorid, Al2(SO4)3). För att erhålla maximal effekt av fällningskemikalien bör den tillsättas där vattnet är kraftigt turbulent. Vid Hässlö vattenverk leds inkommande råvatten via en smal kanal som ger en hög vattenhastighet.
Dosering av fällningskemikalie sker i kanalen. Efter kanalen finns en kon försedd med propellrar som skapar turbulens i vattnet. Sedan leds vattnet sakta genom sex stycken seriekopplade bassänger där flockningen sker. För att få en så effektiv flockning som möjligt finns omrörare i bassängerna. Omrörningen ökar chanserna för att partiklarna och fällningskemikalien ska bilda flockar. Omrörningen måste ske försiktigt för att inte slå sönder de flockar som redan byggts upp. Viktigast för flockningen är pH-värdet. Varje fällningskemikalie och råvatten har sitt optimala pH-intervall för flockning, på Hässlö ligger det runt pH 6 (Lindholm, personlig kontakt, 2010).
Sedimentation
Efter flockningsbassängerna leds vattnet till sedimentationsbassängen, där vattenhastigheten är låg och flocken hinner sjunka till botten. Vid Hässlö vattenverk är sedimentationsbassängerna konstruerade i fyra våningar. Flockarna sjunker till botten och bildar ett slam som skrapas bort med långsamma skrapor och slammet pumpas sedan vidare till avloppsreningsverket. Turbiditeten efter flocknings- och sedimentationsbassängen varierar mellan 0,6 och 1,5 FNU.
Sandfilter
Efter sedimentationsbassängen förs vattnet till tolv parallella sandfilter. Där filtreras restflocken samt de partiklar som finns kvar efter sedimentationsbassängen bort. När filtreringen är klar och flocken bortskiljd ligger turbiditeten under gränsvärdet på 0,5 FNU.
Infiltration
Vattenflödet delas nu i två delar. Ett flöde behandlas med kalk och kolsyra och pumpas sedan till Fågelbacken där det infiltreras i Badelundaåsen. Det andra flödet infiltreras utan behandling av kalk och kolsyra vid Hässlö. I åsen renas vattnet genom naturliga reningsprocesser. Mikroorganismer och organiskt material bryts ned och lukt och smak reduceras i den omättade zonen. Åsen fungerar därför som en viktig barriär mot spridning av mikroorganismer. Samtidigt som vattnet renas tillförs viktiga mineraler och salter (Svenskt vatten, 2008).
Det tar drygt två veckor från infiltration i åsen till att vattnet når uttagsbrunnarna, både vid Fågelbacken och vid Hässlö. Enligt Livsmedelsverket (2006) bedöms vattnet i Västerås därför som grundvatten. Om uppehållstiden i åsen hade varit mindre än två veckor hade vattnet definierats som Konstgjort grundvatten. Definitionerna styr provtagningsintervall, kontroller
16
och krav på antal mikrobiologiska barriärer i beredningen. Totalt finns det tre mikrobiologiska barriärer vid dricksvattenberedningen i Västerås, fällning, infiltration i åsen samt desinficering med natriumhypoklorit.
Hässlös infiltrationsanläggning
Det finns tre infiltrationsdammar vid Hässlö. Samtliga har en sandbädd som är cirka två meter tjock. Sandbädden skyddar åsen och rensas varje år. Efter infiltration pumpas vattnet upp från nio grundvattenbrunnar vilka är placerade norr, öster och söder om vattenverket. Endast några av dessa är i drift samtidigt. När vattnet åter pumpats upp i vattenverket pH-justeras det med kalk och sedan tillsätts natriumhypoklorit som desinfektionsmedel. Detta är sista beredningssteget och vattnet förs sedan till en lågreservoar. Därifrån pumpas vattnet ut på ledningsnätet och upp i vattentorn. Vattentornen har två syften, dels som reservoarer för att klara av att försörja kunderna med vatten även under de perioder då uttaget är som störst, dels för att säkerställa trycknivå i ledningsnätet.
Figur 6 Dricksvattenberedning vid Hässlö vattenverk.
Fågelbackens infiltrationsanläggning
I Fågelbacken infiltreras vattnet i Badelundaåsen och efter 15-29 dagar når vattnet de fyra grundvattenpumparna. Inte heller här används alla pumpar samtidigt. Vattnet pumpas upp till Fågelbackens vattenverk där det pH-justeras med lut och desinficeras med natriumhypoklorit.
3.4 PLANERAT RÅVATTENINTAG I GRANFJÄRDEN
Intagets slutliga placering bestäms efter lokala förhållanden. Enligt Svenskt vatten (1994) skall tillgången på vatten vid intagspunkten kartläggas och dessutom skall vattenkvaliteten undersökas. Detta bör göras under minst ett års tid och helst för både torrår och regnår (Svenskt vatten, 1994). Tillgången på vatten kan anses vara obegränsad både i Västeråsfjärden och Granfjärden. Vattenkvaliteten i Granfjärden har undersökts under ett års tid, från augusti 2009 till augusti 2010.
Placering av intag nära föroreningskällor, som avloppsreningsverks utlopp, dagvattenutsläpp, diken från jordbruksmark, trafik och dränering från deponier skall undvikas. Svenskt vatten
17
rekommenderar att en undersökning bör göras över hur strömmar rör sig i vattenområdet runt intaget för att förhindra att råvattnet blir förorenat (Svenskt vatten, 1992).
I Granfjärden, där proverna tagits, är djupet 19 m. Enligt Mälarens vattenvårdsförbund (2010) skiktar sig de djupa delarna av Mälaren sommartid och därför är det fördelaktigt att kunna ta in vatten från olika djup. I språngskiktet där gränsen går mellan ytvatten med låg densitet och bottenvatten med hög densitet kan dött organiskt material och mikroorganismer ansamlas. För att undvika att få in detta till vattenverket rekommenderas att intaget placeras på vardera sidan av språngskiktet. Vattnet under språngskiktet är mer skyddat mot föroreningar samt håller en lägre temperatur än det ytliga vattnet. Om syrebrist uppstår i det djupare skiktet kan svavelväte bildas och järn och mangan från bottensedimentet reduceras till löslig form. Under sådana förhållanden bör vattnet istället tas från det ytligare skiktet för att undvika problem i beredningen. Intaget bör vara utformat med en sil med storleken 10–22 mm för att undvika att fisk och större föroreningar sugs in i ledningen (Svenskt vatten, 1992).
Jacobsson (personlig kontakt, 2010) varnade för spridningen av vandrarmusslor (Dreissena polymorpha) i Mälaren. Vandrarmusslan härstammar från Svarta Havsområdet och har troligtvis spridits till Mälaren med fartygstrafik. De har funnits i Mälaren sedan 1920-talet och är som mest utbredda i Mälarens östra delar men har hittats i Svartåns mynning och vid Hjulstabron. Musslorna är filtrerare och lever på plankton och näringsämnen i vattenmassan.
Efter att simmat runt som larver i en månad sätter de sig på hårda underlag och är då svåra att få bort. I Nordamerika är musslornas igensättning av vattenintag och vattenutlopp ett stort ekonomiskt problem (Lundberg & von Proschwitz, 2007). 2002 rapporterades att vandrarmusslan hade satt igen intagsledningen vid Skoklosters vattenverk i Mälaren (Eriksson, personlig kontakt, 2011). Jacobsson rekommenderar därför att intagsledningen bör utformas på så sätt att inspektion kan göras på enkelt sätt.
3.5 VATTENSKYDDSOMRÅDE Lagstiftning
Just nu arbetar Mälarenergi med att revidera dagens vattenskyddsområde med nya avgränsningar och föreskrifter för Mälaren och Badelundaåsen. Ett vattenskyddsområde finns för att skydda befintliga och framtida vattenresurser mot föroreningar i ett långsiktigt perspektiv. Genom att skriva föreskrifter som gäller inom vattenskyddsområdet regleras verksamheter och åtgärder så att förorening av råvattnet hindras (Naturvårdsverket, 2003).
De nationella miljömålen som riksdagen har antagit påvisar betydelsen av en god råvattenkvalitet. Miljömålen består av 16 mål med syfte att förbättra miljökvaliteten inom flera områden och utgör en strategi för alla samhällsaktörer att sträva mot, både nationellt, regionalt och lokalt. Inom varje mål finns delmål beskrivna för att nå det slutgiltiga målet (Miljömålsportalen, 2010). Ett av miljömålen ”Levande sjöar och vattendrag”, berör dricksvattenområdet. I delmålet står det att alla Sveriges större vattentäkter (för fler än 50 personer eller med en dygnsproduktion på minst 10 m3) senast 2009 skall inrätta vattenskyddsområden med vattenförsörjningsplaner.
I allmänna råd till 7 kapitlet, 21§ i Miljöbalken står följande:
18
”Länsstyrelse och kommun bör verka för att vattenskyddsområden skapas för åtminstone samtliga allmänna vattentäkter och större enskilda egna eller gemensamma vattentäkter.
Även grund- och ytvattentillgångar, som kan antas komma att utnyttjas för vattentäkt, bör skyddas.”
Det är alltså inte bara viktigt att skydda dagens vattentäkter från föroreningar utan också framtidens (Naturvårdsverket, 2003). Ett annat mål som berör dricksvattenområdet och som visar på betydelsen att skydda vattentäkter är ”Grundvatten av god kvalitet”. Alla vattenförekomster som används till dricksvatten skall, senast 2010, uppfylla normen god dricksvattenkvalitet med avseende på föroreningar orsakade av mänsklig aktivitet. Även Svenskt vatten (1994) påpekar betydelsen av att skydda vattentäkter. Det är viktigare och lönsammare att eliminera föroreningskällorna än att ändra beredningsmetod i vattenverken (Svenskt vatten, 1994).
Vattenskyddsområdet för ytvattnet är indelat i två olika skyddszoner, vattentäktszon och en skyddszon. Som utgångspunkt skall enligt Naturvårdsverket hela avrinningsområdet inkluderas i vattenskyddsområdet. Vid avgränsning av den skyddszonen skall det vatten som har en rinntid på 12 timmar från utsläppspunkt till råvattenintag inkluderas. Inom detta område tillhör även en 50 m bred strandzon. Denna avgränsning kan reduceras om tekniska eller naturliga barriärer finns, så som beredningssteg i vattenverket, larm, fördröjning eller utspädning i recipienten. I arbetet med avgränsningen diskuteras vilka motåtgärder som kan sättas in vid en förorening samt hur en förbättrad råvattenkvalitet kan erhållas genom att eliminera kontinuerliga utsläpp av föroreningar eller minska olycksrisken (Naturvårdsverket, 2003).
Västerås
Med Naturvårdsverkets riktlinjer och allmänna råd som grund har ett förslag på avgränsning av vattentäkt gjorts för Västerås vattenförsörjning. Vattentäkten består dels av Mälaren och dels av Badelundaåsen där vattnet infiltreras. Sedan gällande vattenskyddsområden med föreskrifter fastställdes 1974 har verksamheten ändrats med nya infiltrationsplatser och uttagsbrunnar samtidigt som förändringar har skett i lagstiftning. Idag ställs andra krav, exempelvis bör det finnas ett skyddsområde vid råvattenintagen.
Om en olycka skulle ske i Västeråsfjärden kan intaget stängas för att förhindra att förorenat vatten tas in i vattenverket. I en sådan situation finns ingen reservvattentäkt att ta vatten ifrån utan vattnet i åsen kan försörja Västerås stad under cirka två veckor. Ett reservvattenintag bör finnas för att säkra vattenförsörjningen och om beslut tas om ett nytt råvattenintag i Granfjärden skall råvattenintaget i Västeråsfjärden fungera som reservvattenintag (Mälarenergi, 2010b). Det är viktigt, enligt Naturvårdsverket (2003), att reservvattentäkten får ett lika starkt skydd mot föroreningar som huvudintaget.
Vattentäktszonen utgörs av området precis vid råvattenintaget och skyddszonen avgränsades till den vattenvolym som kan nå vattenintaget inom 3 timmar vid en vindhastighet på 10 m/s (figur 7).
