Kompetenzzentrum Tinkwasser på Eawag (ett internationellt erkänt forskningsinstitut med mer än 400 anställd på två orter i Schweiz) inledde sin verksamhet i september 2010 som ett resultat av övergripande vattenförsörjningsprojekt WAVE21. Kompetenscentret bildar en plattform för att främja utbyte mellan vattenproducenter, myndigheter och utbildningsväsendet med syfte att initiera forskningsprojekt för dricksvattenrelaterade problemområden. WAVE21 (projektperiod: 2003 – 2008) är ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt som fokuserar på vattenförsörjning från ytvatten.
Av: Alexander Keucken
I WAVE 21 undersöks samspelet mellan parametrarna för råvatten och dricksvattenberedning för att få en utökad förståelse av processer och deras inverkan på dricksvattenkvalitén. Strängare krav genom EU-dricksvattendirektivet samt ett omfattande behov av renovering och omstrukturering av ett stort antal vattenverk i Schweiz, ligger till grund för denna satsning som fokuserar på innovativa och effektivare behandlingsmetoder för uthållig dricksvattenberedning.
WAVE21 har utförts av olika forskargrupper inom Eawag som bedriver internationellt erkänd grundforskning och tillämpad teknikutveckling inom desinfektion, oxidation och adsorption. Projektet har delats upp i totalt åtta arbetspaket som sammanfattades i två ”verktygslådor”, analytical and technological toolbox. Forskningen har bedrivits i både labb- och pilotskala och omfattar bl.a. NOM karakterisering, smak- och luktämnen, endokrina substanser samt oxidations- och adsorptionsprocesser (ozon, aktiv kol och ultrafiltrering).Traditionellt sett har dricksvattenfrågor inte haft någon nämnvärd status inom forskningsinstitutet Eawag, utan den schweiziska vattensektorn har i första hand orienterats på Technologiezentrum Wasser, TZW i Karlsruhe. Det interdisciplinära forskningsprojektet WAVE21 möjliggjorde en etablering av dricksvattenforskning på Eawag genom ett starkt forskarlag för grundforskning och tillämpad utveckling inom dricksvattenberedning.
Vidare organiserades återkommande användarseminarier för kunskapsutbyte med representanter från den operativa vattensektorn. Genom ett nära samarbete mellan forskare och verksamhetsutövare bildades ett starkt diskussionsforum för prioriterade FoU-områden och behov av relevant teknikutveckling. Under projekttiden identifierades ett behov av en nationell centrumbildning för dricksvattenfrågor som slutligen resulterade i bildandet av ett kompetenscenter för dricksvatten på Eawag. För närvarande inriktas verksamheten på tvärvetenskapliga forskningsprojekt. De konceptuella och metodologiska insikterna från dessa projekt skall i första hand komma till nytta för den småskaliga vattensektorn i Schweiz.
Bakgrund och motiv för det övergripande dricksvattenprojektet WAVE21:
Efter flera årtionden av relativ konservatism inom dricksvattensektorn i Schweiz, har många faktorer bl.a. strängare EU-krav för dricksvatten och ökat tryck på högkvalitativa grundvattentäkter lett till detta projekt.
Det som kännetecknade dricksvattensituationen i Schweiz var följande:
- Inga eller låga halter av desinfektionsmedel i vattenledningsnätet
- Stort behov av renovering och ombyggnad av många vattenverk inom de närmaste 20 – 30 åren.
- Inget nationellt kompetenscenter för dricksvatten som kan utföra scenarioanalyser för uppgraderingsprocessen av vattenverken
WAVE21 omfattade både aspekter kring dricksvattenkvalitet och behandlingsmetoder kombinerade med labb- och pilotförsök för utvärdering av processalternativ i fullskala. Målsättningen har varit att få en övergripande förståelse för dricksvattenkvalitet och beredningsprocesser. Följande aspekter undersöktes:
- Nyutvecklade och standardmetoder för en integrerad utvärdering av vattenkvalitén (t.ex. lukt och smak, total antal celler, assimilerbar organiskt kol, NOM, nanopartiklar m.m.)
- Råvattensammansättning och dess betydelse för val av beredningsprocesser och dricksvattenkvalitén
- Reningseffekten av nya behandlingsmetoder i kombination med ozonering, biologiska processer i aktivkolfilter (GAC) och ultrafiltering (UF)
- Uppskalning av resultat från laboratorieundersökning i form av pilot- och fullskaleförsök (en pilotanläggning drevs i samarbete med Water Supply Zurich (WVZ) och konsultföretaget Wabag för långtidsförsök).
Utifrån de olika aspekterna har projektet strukturerats i form av arbetspaket. Fem arbetspaket fokuserade på definition och fastställande av vattenkvalitetsparametrar (sammanfattas i den ”analytical toolbox”) och tre arbetspaket inriktades på vattenberedningsprocesser (sammanfattas i den ”technological toolbox”). De olika forskningsaktiviteterna delades upp enligt följande:
Analytical toolbox:
- Mikrobiologi
- Karakterisering av NOM
- Partikelanalys
- Smak- och lutkämnen
- Aktiva substanser
Nya mätmetoder för karakterisering av råvatten samt nya parametrar för vattenkvalitet etablerades. Dessutom vidareutvecklades befintliga mätinstrument och det gjordes en anpassning av nya analysinstrument för kontinuerlig övervakning av dricksvattenkvalitet.
- En ny teknik för mätning av ATP i biofilmer utvecklades
- En kombinerad metod baserad på olfaktoriska detektion och GC-MS utvecklades för mätning av smak- och lutkämnen (detektionsgräns: ”sub to low ppt range”)
- Flödescytometrin anpassades till dricksvattenapplikationer och applicerades för mätning av totalantal celler och detektion av assimilerbar organiskt kol.
- Vätskekromatografi i kombination med en detektor för organiskt kol (SEC-OCD) modifierades för bättre fraktionering av NOM.
- Den nyutvecklade metoden LIBD (laser induced breakdown detection) implementerades för partikelmätning i storleksklassen mindre än 100 nm.
Technological toolbox:
- Oxidationsprocesser
- Membranteknologi
- Adsorptionsprocesser
En CFD-modell utvecklades för optimering av reaktorgeometrin av en ozongenerator. Modelleringen resulterade i en reaktor med fyra kammare och integrerade bafflar. Denna reaktor karakteriserades sedan med ett konservativt spårämne (fluorescein) med hjälp av en multiport fluorometer. Spårämnesförsöken liknade en sekvens motsvarande 10 – 30 CSTRs (continuous stirred-tank reactors), vilket innebär att CFD-konstruktionen kom väldigt nära ett beteende av ett hydrauliskt pluggflöde.
Ett nytt kontrollsystem för ozon (SBR online system) användes för mätning av OH-radikaler samt för bättre prognos av nedbrytningshastigheten för ozon och oxidation av micropollutants (endokrina ämnen, aktiva substanser).
För att uppnå en bättre förståelse av igensättningsproblematiken av ultrafilter, undersöktes olika fraktioner i råvattnet och deras samspel map. foulingpotentialen på membranytan. Bl.a. utvecklades en mekanistisk modell för membranfouling orsakad av humussyror, alginate (anionic polysaccharide distributed in the cell walls of brown algae) och kalcium. Den mekanistiska forskningen om igensättning av membran visar att kalcium är en viktig faktor för fouling. Förekomst av kalcium förstärker foulingmekanismer mellan NOM och membranytan och leder till en förvärrat irreversibel påväxt och generell ökad foulingpotential genom polysackarider.
Vad gäller adsorptionsprocesser, så genererades kunskap som bidrar till ökad förståelse av:
- Partikelseparation av GAC (Granular activated carbon) filter genom online monitoring
- Samband mellan avskiljning av NOM och micropollutants i GAC-filter
- Bildandet och skiktning av biofilm över tid i GAC filter (m.h.a. den nyutvecklade metoden baserad på ATP-mätningar).
Slutsatser
För närvarande pågår en diskussion i Sverige om en utveckling av klustermodellen som stöds av branschorganisationen Svenskt Vatten med avseende på dricksvattenfrågor. Initiativet till bildandet av FoU-kluster inom VA-sektorn grundades på en utredning om svensk forskning och utveckling inom VA-teknik och Svenskt Vattens rollfördelning gentemot vattentjänstföretagen.
I dagsläget har DRICKS-programmet på Chalmers en ledande roll inom nationell dricksvattenforskning. År 2010 initierades ett nationellt nätverk för dricksvatten av ansvariga nationella myndigheter samt branschorganisationen Kommuner och Landsting (SKL) och Svenskt Vatten. Nationellt nätverk för dricksvatten omfattar bl.a. tre tematiska områden: FoU, krisberedskap och planering. Bakgrunden till initiativet återfinns i Klimat- och sårbarhetsutredningen från år 2007 där ett helhetsperspektiv på dricksvattenområdet saknades. Dessutom pågår överläggningar i Skåne där tre stora kommunala vattentjänstföretag har för avsikt att mobilisera sina krafter för en gemensam centrumbildning för dricksvatten.
Om man dessutom beaktar de stora vattenburna sjukdomsutbrotten i norra Sverige och deras samhällsekonomiska konsekvenser frånsett den enorma uppmärksamheten för dricksvatten bland allmänheten, borde man kanske överväga en ytterligare kanalisering av FoU-relaterade aktiviteter på nationell nivå genom att t.ex. bilda ett särskilt Competence Centre for Drinking Water CCDW – SWEDEN á la Eawag i Schweiz. Den kommunala dricksvattensektorn i Sverige borde vara mottaglig och mogen för en sådan framsynt satsning.
Källa: Urs von Gunten Thomas Egli Frederik Hammes Jakob Helbing Ralf Kaegi Wouter Pronk. Schriftenreihe der Eawag Nr 20
Rapporten finns att ladda ned här (länken utgången).
