SLU-nyhet

Hur kan vi producera dricksvatten av god kvalitet?

Publicerad: 05 juli 2021
Damm med fontän. Foto.

En ny avhandling från institutionen för vatten och miljö har undersökt hur sensorer kan användas för att förbättra reningen av dricksvatten. Fokus för studien har varit hur organiskt material ska renas bort från dricksvattnet.

Vårt viktiga dricksvatten

I Sverige använder många stora dricksvattenverk ytvatten, det vill säga sjöar och vattendrag, som råvattenkälla. Innan vattnet når din vattenkran behandlas det i ett dricksvattenverk.

Vilka reningsprocesser som används skiljer sig mellan olika dricksvattenverk. I vissa fall, såsom Uppsala och Gävle används konstgjord infiltration i en ås innan vattnet pumpas till vattenreningsverket. Denna teknik används också för att höja grundvattennivåerna.

Problem med naturligt organiskt material

I reningen ingår att minska mängden små partiklar och lösta ämnen i vattnet. De lösta ämnena inkluderar naturligt organiskt material som är kolföreningar från döda växter och djur.

Halten av naturligt organiskt material har ökat signifikant i ytvatten på våra breddgrader och detta innebär ett problem för kvaliteten på dricksvattnet. Förutom att påverka lukt och smak på vattnet bidrar höga halter av naturligt organiskt material till risk för tillväxt av bakterier, virus och parasiter samt till att cancerogena ämnen kan bildas vid desinfektionen. Dessutom påverkar höga halter av organiskt material själva reningsprocesserna i dricksvattenverken.

Tre olika reningssteg i fokus

Claudia Cascone har i sitt avhandlingsarbete undersökt hur man kan förbättra tre olika reningssteg, nämligen den konstgjorda infiltrationen, koagulations-flockuleringsprocessen samt filtreringen med aktivt kol.

Koagulations-flockuleringsprocessen innebär att en fällningskemikalie tillsätts som får de små partiklarna och det organiska materialet att binda till varandra och bilda större och större partiklar (flockar) som sjunker till botten och därmed kan tas bort från vattnet.

Filtreringen med aktivt kol förkortas GAC efter engelskans ”Granular Active Carbon” och innebär att man utnyttjar att det aktiva kolet har små hål där det organiska materialet fastnar och alltså renas från vattnet. Även andra föroreningar, såsom läkemedelsrester, behöver renas med aktivt kol.

Högre halter av naturligt organiskt material påverkar såväl koagulerings-flockuleringsprocessen som GAC-processen negativt. För att den förra ska fungera krävs större mängder av fällningskemikalien och dessutom bildas mer flockar som är en restprodukt. I GAC-processen behöver filtret bytas ut oftare för att inte skadliga kemikalier ska följa med dricksvattnet ut i ledningsnätet. Tätare filterbyten innebär i sin tur högre kostnader och större miljöpåverkan.

Experiment i olika skalor

I sin forskning har Claudia Cascone genomfört experiment för att undersöka olika förbättringar av dricksvattenreningen och förbättringar av förhållandena i dricksvattenreningen.

Experimenten har genomförts i laboratorieskala och pilotskala. Pilotskala innebär ett mellansteg mellan laboratorieskala och att införa reningen i full skala för vattenverket. Olika experiment genomfördes med syfte att förbättra reningen av det naturliga organiska kolet i koagulerings-flockuleringsprocessen och GAC-processen genom att justera olika processinställningar. Dessutom undersöktes hur den optimerade koagulerings-flockuleringsprocessen kunde kopplas ihop med konstgjord infiltration.

Sensorer som mäter absorbans och flourescens

Idag använder stora dricksvattenreningsverk sensorer för att ytterligare förbättra reningsprocesserna och därmed vattenkvaliteten eftersom sensorernas högfrekventa mätningar med tiotals mätningar per timme jämfört med laboratorieanalyser möjliggör övervakning i realtid.

Claudia Cascone har använt sensorer som mäter det organiska kolet genom absorbans (hur mycket ljus som absorberas av vattnet) och flourescens (hur mycket ljus som sänds ut) i olika reningssteg i fem dricksvattenverk i Sverige.

Det ena syftet med sensorerna var att mäta koncentrationen och sammansättningen av det organiska materialet för att utvärdera variationer i koaguleringen kopplat till olika processinställningar i dricksvattenverken. Det andra syftet var att skydda de olika komponenterna i dricksvattenreningen från degradering genom att använda sensorerna för att upptäcka förändringar i vattenkvaliteten i realtid.

Stora datamängder från sensorerna

På grund av de stora datamängderna som man får med sensordata är det avgörande att utveckla algoritmer som förbereder data för vidare analys genom att exempelvis hantera saknade datapunkter och dubbletter, korrigeringar av tidsförskjutningar och borttagning av felaktiga extremvärden. Data behöver också ritas upp för att kunna tolkas.

Claudia Cascone har därför utvecklat programpaketet “AbspectroscoPY” i programmeringsspråket Python. Programkoden är öppen och kan enkelt uppdateras för att användas även för andra frågeställningar. Programpaketet innebär ett steg framåt mot automatiserade system som snabbt kan varna om förändrad sammansättning av råvattnet.

Vattenränna med sensor. Foto.
Sensor som mäter absorbans (spectro::lyser, Scan Messtechnik GmbH). Foto: Claudia Cascone.
Å i snölandskap. Foto.
Mätningar av vattenkvaliteten har genomförts med en sensor som mäter absobansen i Gavleån innan dess vatten infiltreras på konstgjord väg. Foto: Claudia Cascone.
Damm med fontän. Foto.
Den konstgjorda infiltrationen av Gavleåns vatten som utförs av Gästrike Vatten AB. Foto: Claudia Cascone.

Fakta:

Avhandling och disputation

Claudia Cascone försvarade sin avhandling den 9 april i år. Opponent var Peter Jarvis från Cranfields vattenforskningsinstitut i Storbritannien.

Avhandlingens titel är ” Optical sensors in drinking water production : Towards automated process control in relation to natural organic matter” (Optiska sensorer i dricksvattenproduktion – vägen till automatiserad processtyrning av halten naturligt organiskt material).

Finansiering

Claudia Cascone har arbetat inom forskningsprojektet “Genomljusning” som har finansierats av Svenskt Vatten Utveckling och centrumbildningen DRICKS. I Genomljusning har forskare vid SLU och Chalmers samarbetat tillsammans med fem dricksvattenproducenter i Sverige. De fem dricksvattenproducenterna är Gästrike Vatten AB (Sätra vattenverk), Göteborgs stad, Kretslopp och vatten (Lackarebäck vattenverk, Mölndal), Norrvatten (Görväln vattenverk, Stockholm), Uppsala Vatten och Avfall AB (Bäcklösa vattenverk, Uppsala) and VIVAB (Vatten & Miljö i Väst AB, Kvarnagården vattenverk, Varberg).

Sidansvarig: vattenmiljo-webb@slu.se