I en australiensisk långtidsstudie har man identifierat nya fördelar med kontinuerlig drift av den patenterade MIEX DOC-processen, vilket samtidigt lett till en bättre förståelse för sammansättningen av borttagen NOM. Anjonbytesprocessen verkar vara en lovande reningsmetod för löst organiskt material, förutsatt att råvattnets karaktär av NOM uppfyller vissa kriterier.
Av: Alexander Keucken
Avskiljning av naturligt organiskt material (NOM) är ett centralt krav för att förbättra kvaliteten på dricksvattnet. Den här studien jämför NOM-avskiljning under en två års period med och utan den patenterade MIEX-processen för reduktion av löst organiskt kol (MIEX DOC) som förbehandlingsmetod för mikrofiltration och konventionell koagulation. I detta sammanhang har en rad olika analysmetoder använts för karakterisering av NOM i råvattnet och behandlat processvatten. Förbehandlingen med MIEX resulterade i ett dricksvatten med lägre koncentration av DOC och lägre specifik UV-absorbans (SUVA).
Vidare kännetecknades beredningsprocesser med MIEX-förbehandling av en jämn vattenkvalitet med mindre känslighet för förändringar av råvattnets koncentration och karaktär av DOC. De mycket hydrofoba syrorna (VHA) var de mest dominerande NOM fraktionerna i råvattnet vilka togs bort effektivast genom MIEX-förbehandling oavsett koncentrationen av VHA i råvattnet.
Dessutom medförde MIEX-behandlingen ett lägre viktmedelvärde avseende skenbar molekylvikt (AMW) i dricksvattnet med den största reduktionen av NOM avseende komplexitet och antal fraktioner till följd. I fallstudierna konstaterades en tydlig korrelation mellan de hydrofoba, hög molekylära humusfraktionerna (VHA) och viktmedelsvärden av AMW som bekräftade att huvudkomponenten av NOM bestod av VHA fraktionen både i råvattnet och behandlat dricksvatten.
Bakgrund
Förekomst av NOM har en betydande inverkan på dricksvattenkvalitén antingen direkt genom reaktion med processkemikalier (bildandet av desinfektionsbiprodukter) eller indirekt genom negativ påverkan av beredningsprocesser (fouling av membran och minskad effektivitet av aktivkol för avskiljning av miljögifter). Mot denna bakgrund har vattenbranschen den senaste tiden fokuserat på utvecklingen av nya processer för effektiv NOM-reduktion för att kunna optimera befintliga beredningsprocesser. Konventionell vattenberedning baserad på koagulation, flockning, sedimentering och filtrering är en av de vanligaste metoderna för NOM-avskiljning. Det har bedrivits omfattande forskning med syfte att öka avskiljningsförmågan av NOM genom konventionell beredningsteknik, bl.a. genom förbättrad koagulation (ökade doser av koagulanter vid lägre pH).
En nyare teknik som har speciellt utvecklats för NOM-avskiljning är den patenterade MIEX DOC-processen. Beredningstekniken bygger på en starkt basiskt anjonbytarmassa som innehåller magnetiska järnoxidpartiklar i sin kärna, som tillsättas råvattnet under omröring i en särskild tank (kontaktor). De små jonbytarkornen medför en snabb reaktion med NOM, medan den magnetiska beståndsdelen möjliggör en separation och återvinning av jonbytarmassan i en kontinuerlig process. Den här tekniken skiljer sig från andra mer traditionella applikationer där jonbytarharts används inom ett filter som sista reningssteg.
Den första MIEX-anläggningen togs i drift i augusti 2001 på vattenverket Mt Pleasant in södra Australien. Verket är uppdelat i två huvudlinjer med var sin MIEX-process. Vattenreningsprocessen är utformad på ett sätt som möjliggör jämförelser mellan två separata efterföljande beredningstekniker för avskiljning av suspenderat material: a) konventionell fällning (koagulation, flockning, sedimentering och filtration) och b)dränkta filter för mikrofiltrering. I denna studie genomfördes en kvantitativ bedömning av NOM som har tagits bort av respektive behandlingsmetod. Under 16 månader av den totala försökstiden på två år, utfördes detaljerade studier av återstående NOM genom användning av s.k. Rapid NOM Fractionation och framtagande av profiler baserade på skenbar molekylär viktfördelning (AMW).
Sammanfattning
Enligt författarna från det australienska centret för vattenkvalitet i Adelaide, har denna långtidsstudie identifierat nya fördelar med kontinuerlig drift av MIEX DOC-processen och samtidigt lett till en bättre förståelse för sammansättningen av borttagen NOM. Beredningsprocesserna med föregående MIEX-förbehandling tog bort organiska ämnen över det kompletta AMW-området vilket resulterade i lägre viktmedelsvärden för AMW i dricksvattnet jämfört med behandlingsmetoder utan förbehandling. En större avskiljningsförmåga noterades för MIEX/koagulation jämfört med MIEX/mikrofiltering i vissa specifika AMW-profiler. Faktumet har hänförts till införandet av ett koaguleringssteg där man utgår ifrån en ytterligare avskiljning av organiskt material, framförallt i storleksordningen över 1000 Dalton. Dessutom kännetecknades beredningsprocesserna med integrerad MIEX av den lägsta mångfalden av NOM vilket bekräftar att dessa reningsprocesser nådde den största NOM-reduktionen med avseende på komplexiteten och intervallet av AMW. Med andra ord resulterar en större reduktion av NOM vad gäller koncentration och intervall av organiska ämnen i ett stabilare dricksvatten vilket blir mindre reaktionsbenäget mot desinfektionskemikalier.
Svenskt perspektiv
Den senaste tiden har ett antal större ytvattenverk initierat gemensamma utvecklingsprojekt med fokus på framtida beredningsmetoder för selektiv NOM-avskiljning. Studierna och pilotförsök bedrivs bl.a. i samarbete med pågående/planerade nordiska FoU-projekt (DomAqua, NOMiNOR mm.) som är inriktade på klimatförändringar och deras effekter på råvattentäkter och dricksvattenberedningsprocesser. Inom ramen för det formasfinansierade FoU-projektet ”Color of Water” pågår jämförande studier mellan MIEX och nanofiltrering vad gäller tillämpning för nordiska ytvatten och uppskattning av förväntade driftskostnader. Inför framtida pilotförsök på Lovö vattenverk, har utvärderingar av MIEX-metoden skett i laboratorieskala i samarbete mellan SLU, KTH och Stockholm Vatten. Under år 2012 utfördes bl.a. två examensarbeten på KTH/Kemiteknik som fokuserade på MIEX med olika inriktningar:
- Utvärdering av avskiljningsförmågan med avseende på DOC i närvaro av konkurrerande anjoner (Cl-, HCO3- och SO42-), Sara Abrahamsson, KTH (2012)
- Undersökning av DOC reduktion under fullskaleliknande driftförhållanden för fastställande av lämplig kontakttid och lämpligt antal bäddvolymer, Sandra Fransson, KTH (2012)
Intressanta slutsatser från dessa experiment i laboratorieskala är bl.a.:
- Att avskiljningsförmågan för DOC försämras i närvaro av sulfatjoner, då dessa binder nästan 3.5 gånger starkare till MIEX-jonbytarmassa jämfört med DOC
- MIEX-metoden visade sig vara selektiv för terrestert DOC, DOC av humifierat material och för aromatiska grupper av DOC.
- För en fullskaleprocess betraktas en kontakttid på 15 minuter och bäddvolymer mellan 400 – 1000 som lämpliga driftinställningar.
Sammantaget verkar anjonbytesprocessen MIEX vara en lovande reningsmetod för löst organiskt material, förutsatt att råvattnets karaktär av NOM uppfyller vissa kriterier och att omhändertagande av restprodukten (organisk saltlösning) säkerställs genom närheten till salt-eller bräckt vatten.
Källa: Drikas, M.,Dixon, M., Morran, J., 2011 Long term case study of MIEX pre-treatment in drinking water; understanding NOM removal. Water Resarch 45 (11), 1539 – 1548
För hela artikeln i Water Research klicka här.
