Otsonointiprosessin desinfiointitehon optimointi talousveden ...

More documents

Recommendations

Info

ii TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma CASTRÉN, JOHANNA: Otsonointiprosessin desinfiointitehon optimointi talousveden valmistuksessa Diplomityö, 97 sivua, 9 liitesivua Helmikuu 2013 Pääaine: Vesi- ja jätehuoltotekniikka Tarkastaja: professori Tuula Tuhkanen Avainsanat: otsonointi, vedenpuhdistus, desinfiointi, CT-teoria Otsonointi on päädesinfiointimenetelmä HSY:n (Helsingin seudun ympäristöpalvelut - kuntayhtymä) Pitkäkosken ja Vanhankaupungin vedenpuhdistuslaitoksilla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli optimoida otsonin syöttö niin, että kaikissa tilanteissa saavutetaan riittävä desinfiointiteho mahdollisimman hallitulla prosessin ajotavalla. Tutkimus toteutettiin koelaitosmittakaavan desinfiointikokeilla, joissa tarkasteltiin kestävän itiöllisen bakteerin, Clostridium perfringensin, inaktivaatioon tarvittavaa otsoniannosta ja CT-arvoja. Lisäksi tutkittiin Päijänteestä johdettavan raakaveden desinfiointitarvetta useiden eri taudinaiheuttajien suhteen. Täyden mittakaavan prosessin CT-arvot laskettiin molempien laitosten otsonoinnin kontaktialtaista teetetyn virtausmallinnuksen tulosten perusteella. Raakavesianalyyseissä raakaveden mikrobiologinen laatu todettiin erittäin hyväksi, eikä vedestä löytynyt taudinaiheuttajia. Otsonoinnin desinfiointitehon mitoittaminen kaikkein kestävimpien mikro-organismien CT-arvojen perusteella johtaisi raakaveden laatutulosten valossa otsonin syötön ylimitoittamiseen. Mahdollisessa raakaveden saastumistilanteessa suurin osa orgaanisesta aineista ja mikrobeista poistuisi jo selkeytyksessä ja suodatuksessa ennen otsonointia. Desinfiointikokeissa havaittiin, että riittävä desinfiointiteho voidaan saavuttaa jo nykyistä pienemmällä otsoniannoksella ja jäännösotsonipitoisuudella. Kokeissa otsonijäännös oli noin 0,1 mg/l kun täyden mittakaavan prosessia ajetaan 0,4 mg/l otsonijäännöspitoisuudella. Koelaitoksen hiekkasuodatetussa vedessä C. perfringensin vähintään 96,4 % inaktivaatioon vaadittava CT 10 -arvo oli 2,5 (mg/l)*min. Vastaavassa kokeessa Pitkäkosken laitoksen hiekkasuodatettua vettä käytettäessä 2,1 (mg/l)*min CT 10 -arvolla saavutettiin 100 % inaktivaatio. C. perfringens on kuitenkin huomattavan hyvin otsonia kestävä mikrobi, joten kirjallisuudessa 99 % virusinaktivaatiolle määrättyä CT-arvoa 0,6 (mg/l)*min voidaan pitää riittävänä Päijänteen vettä käytettäessä. Kokeissa bakteerisuspension lisääminen veteen aiheutti merkittävän TOC-pitoisuuden nousun, joten todennäköisesti suuri osa syötetystä otsonista on kulunut orgaanisen aineen hapettamiseen. Desinfiointikokeissa otsonia syötettiin noin 0,2 mgO 3 /mgTOC, kun täyden mittakaavan otsonoinnissa sitä syötetään nykytilanteessa 0,3-0,5 mgO 3 /mgTOC. Täyden mittakaavan otsonointiprosessin CT 10 -arvot ylittävät 0,6 (mg/l)*min kaikissa prosessitilanteissa molemmilla laitoksilla jo otsonijäännöksellä 0,3 mg/l. Jäännöksellä 0,2 mg/l päästään vähintään CT 10 -arvoon 0,6 (mg/l)*min yhden otsonointilinjan virtaaman ollessa alle 4500 m 3 /h Vanhassakaupungissa tai alle 6100 m 3 /h Pitkäkoskella. Näitä suuremmilla virtaamilla otsonijäännös 0,2 mg/l ei riitä vaadittavan CT 10 -arvon saavuttamiseen.
iii ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Master’s Degree Programme in Environmental and Energy Engineering CASTRÉN, JOHANNA: Optimization of the disinfection efficiency of ozonation in drinking water treatment Master of Science Thesis, 97 pages, 9 Appendix pages February 2013 Major: Water and Waste Management and Engineering Examiner: Professor Tuula Tuhkanen Keywords: ozonation, drinking water treatment, disinfection, CT concept Ozonation is the principal disinfection method in the Pitkäkoski and Vanhakaupunki water treatment plants of HSY (Helsinki Region Environmental Services Authority). The aim of this study was to optimize the feed of ozone so to achieve adequate disinfection efficiencies in all situations with a controlled operating procedure of the process. The study was conducted with pilot-scale disinfection experiments, in which the ozone dose and CT values needed to inactivate the resistant spore-forming bacteria, Clostridium perfringens, were examined. The need for disinfection in the raw water of Lake Päijänne was studied by making microbiological assays of several pathogens. The fullscale ozonation CTs were calculated based on the results of a hydraulic model of the ozone contactors at both waterworks. The raw water characterization revealed that the raw water is of excellent microbiological quality and no pathogens were discovered. Designing the disinfection efficiency of ozonation based on the CTs of the most resistant micro-organisms would lead to an excessive ozone feed. In case the raw water was contaminated, most of the organic matter and micro-organisms would already be eliminated in sedimentation and filtration processes before ozonation. The results of the disinfection experiments showed that adequate disinfection efficiencies can be achieved with a lower ozone dose and a lower residual ozone concentration than with the current procedure. The concentrations of residual ozone in these experiments were only 0.1 mg/l whereas the full scale ozonation process is operated with 0.4 mg/l of residual ozone. The CT 10 required to inactivate at least 96.4 % of C. perfringens in the pilot plant filtered water was 2.5 (mg/l)*min. In a corresponding experiment using full-scale filtered water a CT 10 of 2.1 (mg/l)*min was enough to achieve 100 % inactivation. However, C. perfringens is a significantly ozone-resistant microorganism, so the value of CT from the literature of 0.6 (mg/l)*min for 99 % virus inactivation can be regarded as adequate for the raw water in question. In the experiments the addition of a bacterial stock solution into the water caused a significant elevation of the TOC concentration, indicating that part of the ozone feed was consumed in the oxidation reactions of the organic matter. The experimental ozone feed was 0.2 mgO 3 /mgTOC, whereas in the full-scale ozonation it’s now 0.3-0.5 mgO 3 /mgTOC. The CT 10 values in the full-scale process are over 0.6 (mg/l)*min for all process situations with a residual ozone concentration of 0.3 mg/l at both treatment plants. A residual concentration of 0.2 mg/l results in a minimum CT 10 of 0.6 (mg/l)*min when the flow rate through one contactor is under 4500 m 3 /h in Vanhakaupunki or under 6100 m 3 /h in Pitkäkoski. With bigger flow rates a residual ozone concentration of 0.2 mg/l is not enough to achieve the required CT 10 -level.
Page 1: JOHANNA CASTRÉN OTSONOINTIPROSESSI
Page 5 and 6: v SISÄLLYS 1 Johdanto ............
Page 7 and 8: vii TERMIT JA NIIDEN MÄÄRITELMÄT
Page 9 and 10: 1 1 JOHDANTO 1.1 Tutkimuksen tausta
Page 11 and 12: 3 3 2 KIRJALLISUUS 2.1 Otsonin kemi
Page 13 and 14: 5 − d[O 3 ] dt = k ′ [O 3 ] 1 ,
Page 15 and 16: 7 Kuva 2.6 Lämpötilan vaikutus ot
Page 17 and 18: 9 Epäorgaaniset yhdisteet voivat r
Page 19 and 20: 11 Kuva 2.8 Radikaaliketjureaktion
Page 21 and 22: 13 reina, joten reaktioissa saattaa
Page 23 and 24: 15 − dN dt = k 1N, (17) josta saa
Page 25 and 26: 17 Edellä esitetyissä malleissa o
Page 27 and 28: 19 CT-arvot eivät ole aivan yksise
Page 29 and 30: 21 2.2.5 Otsonin vaikutus eri taudi
Page 31 and 32: 23 viruksiin että DNA-viruksiin on
Page 33 and 34: 25 Kuva 2.12 Lämpötilan vaikutus
Page 35 and 36: 27 Taulukko 2.5 Inaktivaatioteho C.
Page 37 and 38: 29 Moolivirtaus eli aineensiirtovuo
Page 39 and 40: 31 Kuva 2.15 Eri tekijöiden vaikut
Page 41 and 42: 33 Kuva 2.17 Otsonikontaktorin eri
Page 43 and 44: 35 2.4.2 Epäorgaanisten yhdisteide
Page 45 and 46: 37 3 TALOUSVEDEN VALMISTUSPROSESSI
Page 47 and 48: 39 asutusalueilta. Ravinne- ja bakt
Page 49 and 50: Saostus, hiutalointi ja laskeutus E
Page 51 and 52: 43 silla vain muutamasta näytteest
Page 53 and 54:
45 1990-luvulla veden laatu verkost
Page 55 and 56:
47 Kuva 3.3 Vanhankaupungin otsonoi
Page 57 and 58:
49 0,5-0,6 mg/l otsonijäännöksen
Page 59 and 60:
51 ja. Pitkäkosken hiekkasuodatetu
Page 61 and 62:
53 Kuva 3.7 Raakaveden, hiekkasuoda
Page 63 and 64:
vettä pH:n säätökemikaalina. Ko
Page 65 and 66:
57 jotka käsittävät koko virtaam
Page 67 and 68:
59 imuputkeen jälkiviipymäaltaan
Page 69 and 70:
61 toisuus oli tasolla 10 4 pmy/ml.
Page 71 and 72:
63 lassa 7 vuorokauden ajan, jonka
Page 73 and 74:
65 Taulukko 4.4 Vakiotilan simuloin
Page 75 and 76:
67 5.2 Merkkiainekokeiden tulokset
Page 77 and 78:
69 Kuvassa 5.3 on esitetty kontakti
Page 79 and 80:
71 sonointitornista otetun näyttee
Page 81 and 82:
73 sonijäännös ennen koetta oli
Page 83 and 84:
75 tiin jo huomattavasti pienemmäl
Page 85 and 86:
77 Desinfiointitehon arviointia han
Page 87 and 88:
79 Taulukossa 5.10 on esitetty linj
Page 89 and 90:
81 Vastaavat kuvaajat kontaktialtai
Page 91 and 92:
83 vastaa todellisuutta. Todennäk
Page 93 and 94:
85 todennäköistä, että suurin o
Page 95 and 96:
87 6 JOHTOPÄÄTÖKSET JA JATKOTUTK
Page 97 and 98:
89 otsonipitoisuutta voi olla tarpe
Page 99 and 100:
91 Farooq, S., Akhlaque, S. 1983. C
Page 101 and 102:
93 LeChevallier M.W., Au, K. (eds.)
Page 103 and 104:
95 Sivaganesan. M., Marinas, B.J. 2
Page 105 and 106:
97 Zhou, H., Smith, D.W. 2000. Ozon
Page 107 and 108:
99 3. torni (mgF/l) 21 0,182 0,055
Page 109 and 110:
101 välisäiliö (mgF/l) 33 0,017
Page 111 and 112:
103 LIITE 2: DESINFIOINTIKOKEIDEN T
Page 113 and 114:
105 LIITE 3: VEDEN LAATU DESINFIOIN
show all

Otsonointiprosessin desinfiointitehon optimointi talousveden ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?