UV-behandling av avloppsvatten – utvärdering av två svenska

fullskaleanläggningar

Magnus BäckströmVatten & Miljöbyrån AB

2014-09-30

Bakgrund• Tidigare SVU-projekt 2012-2013

(Rapport nr 2013-22)• UV-behandling - potential för

desinfektion av avlopp• Två svenska anläggningar i drift

en längre tid• Nytt SVU-projekt fokus på UV för

avlopp 2013-2014

Var sätter vi det mikrobiella staketet?

Verktygslåda (SVU-rapport 2013-22)

Mål• Övergripande projektmål: att utvärdera två befintliga

anläggningar för UV-behandling av utgående avloppsvatten från avloppsreningsverk som metod för inaktivering av mikrobiella föroreningar

• Mål för UV-behandlingen: att utgående avloppsvatten uppnår kraven för utmärkt badvattenkvalitet enligt badvattendirektivet (Intestinala enterkocker 200 cfu/100 ml, E.coli 500 cfu/100 ml)

Fullskaleanläggningar

Huskvarna avloppsreningsverk• Dimensionerat för 43 000 pe • Mekanisk (3 mm galler, sandfång),

biologisk (aktivslam inkl N-rening) och kemisk rening (Järnklorid/Al-klorid)

• Skivfilter Hydrotech HSF2212-2FN (porstorlek 20 μm)

• UV-anläggning TROJAN UV 3000, 48 lampor, total UV-effekt är 400 J/m2

• Drifttid UV: juni-augusti, sedan 2007

Arvika avloppsreningsverk• Dimensionerat för 30 000 pe• Mekanisk (galler, sandfång),

biologisk (aktivslam) kemisk rening (för- och efterfällning m Al-klorid)

• Ingen partikelavskiljande förbehandling

• UV-anläggning liknande som Huskvarna, men med 32 lampor

• Drifttid UV: maj-september, sedan 2010

Huskvarna

Arvika

Principskiss UV-anläggning

1/ Bänk 2/Moduler 3/Lampor 4/Strömförsörjningsenhet 5/Automatisk rengöring 6/Viktad lucka för nivåreglering

Huskvarna

Mek + Kem• Galler, Sandfång• Förfällning Fe-klorid• Försed

Bio• Aktivslam• Kväverening • Mellansed

Kem• Fällning Al-klorid• Slutsed

Skivfilter UV UTGÅENDE TILL RECIPIENT

INK

Arvika

Mek +Kem• Galler, Sandfång• Förfällning Al-klorid• Försed

Bio• Aktivslam• Mellansed

Kem• Fällning Al-klorid• Slutsed

UV UTGÅENDE TILL RECIPIENT

INK

Provtagning Huskvarna 2007-2013Parameter Frekvens Mätpunkter KommentarFlöde Kontinuerligt Inkommande Dygnsmedelflöde enligt driftrapportSuspenderade ämnen

2 ggr/vecka Före respektive efter skivfilter

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS-EN 872

Transmittans 2 ggr/vecka Före respektive efter skivfilter

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod

E.coli 2 ggr/vecka Före respektive efter UV-ljus

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS 028167-2

Koliforma bakterier

2 ggr/vecka Före respektive efter UV-ljus

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS 028167-2

Intestinala enterokocker

2 ggr/vecka Före respektive efter UV-ljus

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS-EN ISO 7899-2

Anm. Manuella prov (stickprov) hanterade enligt rekommendationer från lab

Provtagning Arvika 2010-2013Parameter Frekvens Mätpunkter KommentarFlöde Kontinuerligt Inkommande Dygnsmedelflöde enligt driftrapportSuspenderade ämnen

0,5-2 ggr/vecka Före UV-ljus Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS-EN 872

Transmittans 0,5-2 ggr/vecka Före UV-ljus Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod

E.coli 0,5-2 ggr/vecka Före respektive efter UV-ljus

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS 028167-2

Intestinala enterokocker

0,5-2 ggr/vecka Före respektive efter UV-ljus

Analyserat av Alcontrol enligt standardmetod SS-EN ISO 7899-2

Anm. Frekvensens av vattenanalyser var intensivare under drifttagning (2010) och under 2013. Stickprov pss som i Huskvarna.

Utökad provtagning Huskvarna 2012-2013

• Provtagning vid 4 tillfällen ”genom verket” (Inkommande, Efter Bio, Före skivfilter, Efter skivfilter, Efter UV) – indikatorbakterier

• Dygnsprov inkommande och utgående, samt intensivprovtagning före och efter skivfilter/UV augusti-september 2013 (Analys Lab Ryhov, Jönköping)– Virus: Sapo, Rota, Astro, Noro G1, Noro G2

– Parasiter: Giardia, Cryptosporidium, Entamoeba dispar

– Clostridium perfringens

– Kolifager (analys Göteborg Vatten)

Belastning på UV-anläggningen• Flöde• Suspenderade

ämnen• ”Mikrobiologisk

belastning”

Kommentar: En logreduktion på minst 2 log uppmättes efter mekanisk, biologisk och kemisk rening, i huvudsak sker reduktionen över det biologiska reningssteget

Flöde och susp

• Huskvarna

• Arvika

Flöde och suspHuskvarna (före skivfilter) Arvika (före UV)

Mikrobiologisk belastning

• Huskvarna E.coli före skivfilter och UV

• Huskvarna Intestinala enterokocker före skivfilter och UV

Mikrobiologisk belastning

• Arvika E.coli före UV

• Arvika Intestinala enterokocker före UV

Detekterat före UV-behandlingParameter Antal prov som

analyseratsAntal prov där mikroorganism detekterades

Parametervärde intervall

Sapovirus 32 st 5 st 1710 – 9 600 genomkopior/liter

Rotavirus 32 st 0 st Ej detekteradAstrovirus 32 st 19 st 4 605 - 60 450

genomkopior/liter

Norovirus G1 32 st 16 st 8 – 3 498 genomkopior/literNorovirus G2 32 st 18 st 64 – 3 529 genomkopior/literGiardia 32 st 0 st Ej detekteradCryptosporidium 32 st 0 st Ej detekteradEntamoeba histolytica 32 st 0 st Ej detekteradEntamoeba dispar 32 st 3 st 277 – 440 genomkopior/literClostridium perfringens 19 st 19 st 110 – 1500 cfu/100 mlKolifager 3 st 3 st 300 - 1500 cfu/100 ml

”Tidsserie” Huskvarna 2007-2013

• E.coli, före och efter UV

”Tidsserie” Arvika

2010-2013• E.coli, Intenstinala

Enterokocker,• Före UV (blå linje)

och efter UV (röd linje)

• Flöde (blå linje) och susp (röda punkter)

Inaktivering av patogener?• Virus svårtolkat

(fortsatt arbete krävs)• Parasiter

detekterbara?• Clostridier och

kolifager detekterbara och stabilt lägre halter efter UV (kan i högre grad nyttjas som indikatorer?)

Logreduktion UV avlopp• Indikatorbakterier ca 2 log, stor variation

Kommentar: provsvar < eller > påverkar

Logreduktion UV avlopp forts

• Kolifager (ca 2 log)

• Virus och parasiter; oklart

• Clostridier (ca 0,5-1 log)

Kostnader

Arvika• Investeringskostnad;

ca 1 Mkr (2010)• Driftkostnad uppskattas till

61 000 kr/år (2010), exkl monteringsarbeten före och efter sommarperioden

Huskvarna• Investeringskostnad;

själva UV-anläggningen ca 875 000 kr, totalt med skivfilter och betongarbeten mm ca 4 Mkr (2007)

• Driftkostnad ca 125 000 kr/år (2013)

• El ca 40 000 kWh/år (3 mån)

Diskussion – hur uppnås stabila resultat?

• Driftproblem• Hydrauliska

störningar (se figur)

• Lamprengöring• Redundans• Behövs skivfilter?• Badvattenkvalitet

OK som krav?

Slutsatser• Mekanisk, biologisk och kemisk rening ger en

avsevärd reduktion av mikrobiella föroreningar, men med UV-behandling kan kraven för utmärkt badvattenkvalitet uppnås innan avloppsvattnet släpps ut i recipient

• En genomsnittlig logreduktion för E.coli på ca 2,2-2,4 log och för Intestinala enterokocker på ca 1,6-1,9 log har uppmätts.

• Fortsatta studier av inaktivering av patogener samt kompletterande indikatororganismer (ex. kolifager) behövs

Slutsatser forts.• UV-behandlingen har svårt att kontinuerligt ge en

tillräcklig reduktion eller konstant låga utgående halter av viabla mikroorganismer.

• Överskridande av badvattendirektivets gränsvärde för E.coli (500 cfu/100 ml) inträffade vid ca 10 % av provtagningstillfällena vid Huskvarna avloppsreningsverk för perioden 2008-2013.

• Anläggningskostnad för de studerade UV-anläggningarna var ca 1 Mkr, driftkostnaden (inkl kapitalkostnad) är ca 0,1 kr/renad kubikmeter

Slutsatser forts.• Möjliga orsaker till tidvis sämre inaktivering är

hög flödesbelastning, igensättning av lampor/blockering av UV-ljus, haveri av lampor/elsystem och olika typer av hydrauliska störningar.

• Behovet av partikelavskiljande förbehandling i form av skivfilter kan ifrågasättas

• Vid projektering av nya anläggningar bör redundans i systemet övervägas eftersom det är sannolikt att UV-anläggningen då och då drabbas av driftavbrott