Sedan en tid tillbaka använder Kalmar Vatten AB en närmast världsunik metod med automatisk styrning för dosering av fällningskemikalier i vattenberedningen. Med nyinstallerad teknik för online-analys av resultaten efter kemisk fällning och efterföljande automatiserad justering av kemikaliedoseringen, har de uppnått en kemikaliebesparing på cirka 20 procent. Samtidigt får de bättre och jämnare vattenkvalitet.
Det är vid Kalmar Vattens infiltrationsvattenverk i Yxneberga som den nya tekniken har varit i drift sedan hösten 2018. Denna anläggning är för närvarande sista steg i en händelseutveckling för Kalmars drickvattenförsörjning som tog sin början när Kalmar en gång i tiden befolkades. Då kunde dricksvattenförsörjningen ordnas inom den begynnande staden via brunnar. Kvaliteten var dock inte den bästa.
– Enligt en sägen var vattenkvaliteten inom Kalmar då så pass dålig att man »inte ens kunde brygga öl på det«, och med tiden blev dessutom tillgången så försämrad att man blev tvungen att söka andra vattentäkter, berättar Johan Westin, driftchef vatten, Kalmar vatten AB.
I början av 1900-talet hittades tre naturliga källor grundvatten på Nybroåsens sydostliga sträckning i närheten av Vassmolösa, vilka löste problemet med dricksvattenförsörjningen. Kapaciteten hos dessa räckte faktiskt ända in på 1940-talet. Därefter medförde befolkningstillväxten utökade behov.
– För mera vatten borrades nya brunnar inom området och sedermera, i slutet av 1950-talet, tvingades man dessutom till förstärkning av grundvattenmagasinet genom infiltration av vatten från Hagbyån. Först temporärt, senare över hela åren med viss minskning vintertid, säger Johan Westin.
Denna lösning fungerade under cirka fyrtio år. Med tiden kom dock ökad brunifiering (mängd naturligt organiskt material, NOM) i råvattnet från Hagbyån att belasta infiltrationsdammarna. Analysvärdena för parametrarna COD, färgtal och mangan från det närliggande brunnsområdet steg i oroväckande takt. Därför beslöts att uppföra ett nytt verk för råvattenrening, före infiltration, vid Yxneberga. Anläggningen togs i drift 2009 och utformades med följande processteg; mikrosilning, pH-justering, kemisk fällning, avskiljning i Dynasandfilter samt avslutande pH-justering av utgående vatten till infiltrationsdammarna.
Så långt, allt väl och anläggningen fungerade som tänkt. Dock var det en fråga som med tiden väckt såväl driftingenjör Kristoffer Sjöboms som Johan Westins intresse; hur kan vi bäst optimera fällningsprocessen? Det fanns många skäl till en sådan frågeställning. Dels säkerhet i beredningen, dels ekonomi. Fällningskemikalier är ju som bekant inte gratis.
För Cirkulations läsare är begreppet kemisk fällning bekant och metoden känd sedan decennier, ja till och med sekler. För andra kan sägas att vad det handlar om är ett sätt att få de partiklar som är alldeles för små för att kunna avskiljas i till exempel sandfilter, att istället förmås klumpa ihop sig till större partiklar/flockar och därmed bli möjliga att filtrera bort. Principiellt bygger kemisk fällning på det enkla faktum att flertalet småpartiklar i vatten har negativ elektrisk laddning till skillnad från fällningskemikaliernas positiva laddning. När dessa motpoler möter varandra kommer de negativt laddade småpartiklarna att dras till och fastna på fällningskemikaliens positiva ytor. Därmed blir partiklarna större och därmed också möjliga att avskilja i filter. Metoden fungerar osvikligt vid rätt kemikalidosering, men att åstadkomma sådan har hittills inte varit särskilt lätt att ordna. En slags reserv tycks ofta varit viss överdosering eftersom erfarenheter visat att detta vanligtvis fungerar bra.
– Traditionellt finns metoder för att så långt möjligt rätt styra dosering av fällningskemikalier. De kan handla om alltifrån diverse elektrokemiska analyser till filtertillverkares rekommendationer utifrån vattnets färgtal, berättar Kristoffer Sjöbom, driftingenjör, Kalmar vatten AB.
Kristoffer Sjöbom framhåller dock att de flesta av metoderna kräver kalibreringar av analysresultat jämte subjektiv bedömning av dessa.
– Vanligtvis sker nog dock dosering av fällningskemikalier utifrån beprövad erfarenhet och gissningar. Det vi eftersökte var främst objektiv bedömning av analyser och automatiserad styrning av kemikaliedosering. Faktorn objektiv bedömning var vägledande, berättar Kristoffer Sjöbom.
Frågeställningen är något Kristoffer Sjöbom personligen varit intresserad av sedan lång tid tillbaka. Efter det nederbördsfattiga 2016, med kraftigt sjunkande grundvattennivåer som följd, blev frågan om bättre styrning av fällning än mer aktuell. Det hänger samman med att man då fick behov av ökad infiltration under kommande vinter för att så långt möjligt fylla på grundvattenmagasinet.
Normalt är ihållande infiltration vintertid vid Yxneberga inte brukligt eftersom kombinationen höga färgtal jämte låga och skiftande temperaturer i åvattnet alls inte är idealiskt för kemisk fällning. Kristoffer Sjöbom påbörjade då en intensiv sökning för att undersöka vad marknaden hade att erbjuda. Det var också där han hittade analysföretaget Malvern Panalytical och begreppet Zeta-potential för bestämning av elektrisk laddning hos partiklar lösta i vätska. Efter ett besök hos tillverkaren i England beslöts att prova metoden. En liten arbetsgrupp formerades med, förutom Kristoffer Sjöbom och Johan Westin, de båda driftteknikerna Sonny Knutsson och Jakob Vilör. Man började våren 2017 med manuellt styrda försök för att senare bygga ut denna till fullskalig anläggning med onlineanalys och automatisk styrning av kemikaliedoseringen.
Mät-/analys-metoden Zeta-potential är sannerligen inte lätt att exakt förklara. Men förenklat kan sägas att metoden bygger på analys av elektriskt laddade partiklars rörelsemönster i sluten och spänningssatt miljö. Det vatten som ska analyseras hämtas från den ledning som går mellan blandningskammaren och Dynasandfilterna, alltså efter tillsats av fällningskemikalier men före filtrering. Vattenprovet leds till en liten (i storlek litet bredare än en vanlig cigarettändare) kyvett i analysinstrumentet och innesluts där varefter kyvetten spänningssätts och två elektriska motpoler skapas. Därmed kommer de elektriskt laddade småpartiklarna i vattenprovet att röra sig mot respektive motpol. Med hjälp av laser mäts småpartiklarnas rörelsemönster och hastighet. Utifrån dessa data beräknar sedan analysinstrumentet vätskans Zeta-potential, vilken uttrycks i enheten mV och vars värde sedan kan användas för styrning av kemikaliedoseringen.
Enligt uppgift är Kalmar Vatten först i världen med fullskalig användning av metoden »Zeta-potential«som styrning av kemikaliedosering i vattenverk. Den har visat sig vara oerhört framgångsrik. Funktionaliteten hos analysenheten tycks vara betryggande och underhållet av denna inskränker sig till byte av analyskyvetten cirka en gång per månad.
– Vi har hittills genomfört cirka 60 000 till 70 000 analyser utan några som helst problem hos analysutrustningen, säger Kristoffer Sjöbom. Däremot har vi noterat smärre driftstörningar i omkringvarande installationer som till exempel rör från uttagspunkten till analysinstrumenten. Dimensionen på dessa behöver öka något för att undvika igenslamning, men i sammanhanget är det en bagatell. Detsamma kan nog sägas om de små bekymmer vi stundtals har haft med viss annan utrustning och som får inordnas under kategori trimning/uppstart, avslutar han.
De utvärderingar som hittills gjorts i Kalmar visar på en besparing av fällningskemikalier på uppemot 20 procent och utifrån endast det, en beräknad payoftid för investeringen (cirka 600 000 kronor) på drygt två och ett halvt år. Utöver detta bör nog även räknas tillkommande pluspoäng i form av minskat behov av pH-justerande medel som krita, samt miljö- och kostnadsmässiga vinster i form av minskade transporter med mera.