Det är väl känt att biologiskt aktiva filter är en effektiv metod att avskilja smak- och luktämnen i råvatten. I denna studie redogörs för ett nytt sätt att göra detta på med MBBR-teknik (moving-bed biofilm reactor). Försöken har utförts i pilotskala med ny typ av bärare. Försöken visade att efter en tillvänjningsfas på 3,5 månader så kunde smak- och luktämnen avskiljas med ca 80%, av halterna i råvattnet. Bionedbrytbarhet, sorption och s.k. stripping med luft var de mekanismer som var verksamma. Med MBBR teknik kan tryckfall och backspolningar, vilka krävs när konventionell filtrering används, undvikas.
Av: Thor Wahlberg
Försöken sattes upp vid ett vattenverk i Australien. Det bestod av tre stycken 50 liters reaktorer vilka beskickades parallellt och kontinuerligt. Luftning och inlopp skedde i botten av reaktorerna och avdrag i överkant. Bärarmaterialet hölls i suspension med hjälp av tillförda luftbubblor. Bärare var av typ Anox Z-400, sadelformade. Två av reaktorerna innehöll bärare, ca 50% av volymen. En var referens utan bärare. HRT (hydraulisk uppehållstid) var 1,2 h i försöken. Luftflödet hölls konstant till 2,5 l/min för att säkerställa omrörning av bärare och full syremättnad. Koncentrationer av MIB och geosmin var i råvattnet under vintertid som lägst och då < 5ng/l för MIB och < 2ng/l för geosmin. I försöken gjordes tillsats av dessa ämnen med 80 till 100 ng/l. Dessa nivåer har mätts upp under algblomningar i råvattentäkten. I labförsök togs vatten ut och batchvisa tester gjordes efter ca 5 månaders drift av pilotförsöken.
Resultat och diskussioner
Råvattentäkter har mindre mängd näringsämnen jämfört med avloppsvatten vilken är den vanliga applikationen för MBBR. För bakteriers tillväxt behövs kol (C), kväve (N) och fosfor (P). För typisk aerob tillväxt är ett idealt förhållande mellan C:N:P lika med 100:10:1. I denna studie var det en relativ brist på kväve med förhållande 100:3:1 i råvattnet. Förutom näringsämnen behövs pH, temperatur och syre för optimal tillväxt. Temperaturen var förhållandevis hög i denna studie, 24 grader, då vattentäkten är belägen i Australien. För avskiljning av MIB är pH-värde mellan 7 och 9 optimalt. Halten DOC (löst organiskt material) var mellan 7,5 och 8,5 mg C/l. Försöken utfördes under knappt 6 månader. Efter en vecka så var avskiljningen för MIB 46 % respektive geosmin 35%. Avskiljningsgraden fortsatte att öka och nådde en platå på 84 +/- 4% respektive 87 +/-6%. Detta tog ca 3 ½ månad tills en biofilm var etablerad på plastdiskarna. Biofilmens sammansättning undersöktes genom att fylum (stam), klass, ordning och familj bestämdes. Det dominerande fylum var chloriflex och actinobakterier. Inget av de kartlagda stammarna är tidigare identifierade som MIB eller geosim avskiljande.
HRT har stor betydelse för resultaten. Flera olika tider testades i försöken och en platå för avskiljning nåddes med HRT på 1 h. Från 10 min till 30 min ökning av HRT ledde till den största ökning i avskiljning med 33% för MIB och 25% för geosmin. Ökade HRT förbättrade massöverföring av smak- och luktämnen till biofilmen. Det finns också en potential för att öka omrörning i reaktor med intensivare luftning för att höja massöverföringen.
Perioder med nedstängning av reaktor visade att biofilmen sedan återhämtade sig snabbt och efter 1 dygn hade en avskiljning mellan 50 och 60% för MIB och geosmin.
Förutom bionedbrytbarhet är sorption (både adsorption och absorption) en förutsättning. I försöken testades sorptionens påverkan genom batch tester med plastdiskar med och utan biofilm. I dessa försök tillsattes MIB, 100 ng/l. MIB uppvisade sorption till plastdiskar utan biofilm och till diskar med inaktiverad bioofilm. Soprtion spelar roll för avskiljning av MIB och geosmin men tills platserna på diskarna är begränsade och då har denna mekanism en underordnad roll.
För att hålla plastdiskarna i rörelse används luft vilket också bidrar med s.k. Air stripping av lukt- och smakämnen. I försöken undersöktes hur mycket av ämnena som avskiljdes på detta sätt genom att med HRT på 1 h utan plastdiskar lufta och inte lufta. Resultaten visade på ca 8% avskiljning. Värdena för Henry´s konstant för MIB och geosmin indikerar mindre avskiljning med enbart air stripping.
För att utskilja effekten av bionedbrytbarhet så gjordes försök utan bottenluftning. Även utan luftning var syrehalten i vattnet ca 85%. Den natrurliga logaritmen för MIB- och geosminhalter, vid olika tider, dividerades med initial koncentration av dessa och plottades mot tid. Resultaten har god passning R2 = 0,97. Det kan beskrivas som en första ordningens reaktion. Detta stämmer väl med vad andra undersökningar för naturliga vatten och biofiltrering säger.
Biologisk filtrering i snabbfilter med sand har visat på avskiljning av MIB och geosmin. Men ytvatten har lågt innehåll av tillväxtbefrämjande ämnen, framförallt fosfor. Detta avskiljs i den kemiska fällningen. Här kan MBBR placeras före den kemiska fällningen och har ingen begränsning i tryckförlust och behöver heller ingen backspolning. Med HRT så lågt som 20 min kan upptill 60% av lukt och smakämnen avskiljas. Behovet av anläggningsyta för MBBR blir då litet. Bassängvolymer som redan finns kan relativt enkelt byggas om till MBBR.
Slutsatser
Studien visar att beredning av ytvatten i en MBBR reaktor är ett effektivt sätt att bryta ned och avskilja smak- och luktämnena MIB och geosmin. Pilotförsök, under knappt 6 månader, tillsammans med batchvisa tester, i labskala, visade att kontinuerlig avskiljning av MIB 84 +/-4% och 87 +/-6% av geosmin. Uppehållstiden i MBBR reaktorn för 60% avskiljning var 20 – 30 min. Biologisk nedbrytning var den primära avskiljande mekanismen med sorption och luft stripping med mindre bidrag. Biologisk nedbrytning av dessa ämnen följde första ordningens kinetik. Vid dimensionering av reaktorer behöver även effekten av airstripping tas med.
Egna reflektioner
God avskiljning av lukt och smakämnen är en viktig beredning där problem med alger förekommer i vattentäkter. Ett nytt sätt att använda MBBR teknik, vilken är väl känd från avloppsbehandling, är intressant. Efter att ha läst studien så infinner sig frågor om vattentemperatur vilken har stor betydelse för biologiska processer. Hur skulle resultat se ut vidmotsvarande försök med temperaturer mellan 0 och 10oC istället för mellan 20 och 25oC? Vilken byggnadsyta och volym behövs? Med 60% avskiljning av lukt och smakämnen visar dessa försök en HRT på 20 min. För ett medelstort vattenverk på våra breddgrader en volym av 1/3 × 1 250 m3 lika med drygt 400 m3. En faktor 1,5 på det ger ca 625 m3. Det är realistiska siffror och sedan tillkommer kostnad för driva bottenluftning. Inget spolavloppsvatten som behöver tas om hand. Försök på svenska vattenverk är måhända ett första steg.
Källa: Katrin Doederer, Deb Gale, Jurg KellerEffective removal of MIB and geosmin using MBBR for drinking water treatment. Water Researchvol 149 (2019) 440-447.
