Biologiskt nedbrytbart material, BOM, är en källa till mikrobiologisk tillväxt i distributionsanläggningar och för bildandet av desinfektionsbiprodukter. Det ger problem för dricksvattenproducenterna med främst förhöjda bakterietal. BOM återfinns i alla råvatten, naturligt eller antropogent och är den lättnedbrytbara fraktionen av totalt organiskt kol (TOC).
Av: Thor Wahlberg
BOM analyseras som BDOC (biologiskt nedbrytbart mätt som skillnad mellan i DOC, löst organiskt kol, in och ut över en kontrollerad biofilm) och AOC (assimilerbart organiskt kol mätt som upptag av en bestämd bakteriekultur), under aeroba förhållanden. I denna litteraturstudie har författarna gått igenom merparten av forskningsrapporter rörande nedbrytbarhet och upptag av organisk kol vid filtrering av ytvatten i biologiska filter av typ snabbfilter. Försöksresultaten kommer ifrån biofiltrering med och utan föregående tillsats av ozon. De visar tydligt samband mellan uppehållstid, temperatur och TOC reduktion. Valet av filtermaterial har också betydelse. Rapporten visar på vad om kan optimeras och vilka parametrar som då kan justeras vid drift av biologiska filter. Syftet med studien är att visa avskiljning av BOM i dricksvatten, mätt som BDOC och AOC, efter snabbfiltrering med och utan föregående ozon. Dessutom visas hur fördelningen och sammansättning är av TOC och BOM i råvatten och dricksvatten.
Genomgång av drygt 100 forskningsrapporter visade att av TOC i icke ozonerat vatten, bestod 20 % av BDOC och 3 % av AOC, redovisade medianvärden. För ozonerat vatten var motsvarande siffror för BDOC 30 % och för AOC 9 %. För biofiltrering var uppehållstiden i fillermaterialet från 2 – 38 min, mätt som EBCT, med en avskiljning av TOC på 12 % som medianvärde. Spridningen för EBCT omfattar alla temperaturer och syremättnadsgrader i de sammanställda forskningsrapporterna. För ozonerat vatten låg motsvarande siffra på 15 %. För att visa på temperaturens betydelse så ökade avskiljningen från 10 till 17 % när temperaturen fördubblades från 10oC till 20oC.
Förutom reduktion så ger BDOC och AOC kompletterande information och visar på dricksvattnets biostabilitet. Kvarvarande lättnedbrytbart BOM är tillgängligt för tillväxt av bakterier i ledningsnätet och ger där högre halter av heterotrofa bakterier. Vid ozonering är den bästa tekniken att den följs av biofiltrering. Ozonering ökar BOM fraktionen, genom omvandling av svårnedbrytbart organiskt material till lättnedbrytbart, och biofiltrering minskar BOM.
Genom att mäta BDOC innan och efter ozonering visar försök att kvoten BDOC/TOC ökar med ca 30 %. Det blir då en högre andel lättillgängligt organiskt material som kan tillgodogöras av bakterier i en biofiltering. För dricksvattnet betyder detta att BOM minskar. Biofiltrering är en attraktiv metod för att minska bionedbrytbart organiskt material med låg underhållskostnad och enkelt handhavande. Den idag främsta och mest spridda anledningen till att använda biofiltrering är reducera lukt- och smakämnen, sedan kommer ökad DOC avskiljning (om kemisk fällning tillämpas efter biofiltrering så förbättras ytterligare avskiljningen av DOC), hållbarhet (i meningen låg resursförbrukning) och avskiljning av oorganiskt material. Optimering av biofiltrering innebär ändring av kontakttid (Empty Bed Contact Time), hänsyn till variationer i temperatur, backspolning utan klorerat vatten och eventuell föroxidering.
Kallare klimat med lägre vattentemperaturer är en utmaning för biofiltrering då lika TOC avskiljning är önskvärde året runt. Ett sätt att öka EBCT under kallare årstider är om vattenförbrukningen sjunker vintertid. Filterhastigheten minskar då och EBCT ökar. Ett annat sätt är en överdimensionering p.g.a. kalla förhållanden med djupare filtermassa. Som alltid behövs längre pilotförsök för att kunna göra en god dimensionering. Ytterligare ett sätt är att införa ett ozoneringssteg innan den biologiska snabbfiltreringen. Ozoneringen bidrar också till att öka syrehalten i vattnet. I rapporten finns illustrativa figurer för olika filtermaterials förmåga som biofilter och dess avskiljning över tid. GAC (granulerat aktiverat kol) har en överlägsen avskiljning för de första 6 månaderna för att sedan närma sig andra materials avskiljning av BOM. Detta beror förstås på kolets adsorberande förmåga som vartefter mättas. En uppstarttid för material som sand, antracit och säkert Filtralite© är 1 – 3 månader. I de flesta av anläggningarna, vars resultat redovisas i artikeln, används kombinationer av GAC/sand och antracit/sand. Ett annat illustrativt diagram visar TOC avskiljning, i procent, som funktion av EBCT i minuter. Det bygger på en förenklad modell med en första ordningens ekvation.
Studier visar att förutom avskiljning av BOM så finns en möjlighet att kontrollera patogener. Biofiltrering är ett vidare begrepp som även omfattar långsamfiltrering, konstgjord och inducerad infiltration. Dessa metoder betraktas och är godkända som mikrobiologiska barriärer. För biofiltrering med snabbfilter, vilket artikeln belyser, finns samma motverkan från goda bakterier mot patogener. Bakteriekultur gör inte skillnad på media även om betydligt högre hastigheter genom ett snabbfilter gör att den mikrobiologiska barriären inte är tillräcklig och stabil som i ett långsamfilter eller infiltration.
Resumén är viktigt och ger en bra helhetsbild av hur biofiltering uppför sig under aeroba förhållanden och de möjligheter den ger i våra nuvarande och framtida vattenverksprocesser.
Källa: Leigh G. Terry and R. Scott SummersBiodegradable organic matter and rapid-rate biofilter performance: A review. Water Research 128 (2018) 234-245
