Driftserfaringer med kitosan som koagulant

1. Driftserfaringer med kitosan som koagulant Av Helge Liltved1, Christian Vogelsang1, Harald Helgesen2, Carl Henrik Knudsen3 og Eigil Iversen1 1Norsk institutt for vannforskning (NIVA) 2Haugesund kommune 3Knudsen Prosjekt AS Korrespondanse: helge.liltved@niva.no tlf. 37295061

2. chitin chitosan crab and shrimp waste   extraction deacetylation >85 % deacetylated pKa 6.6 Kitosan som koagulant ved direktefiltrering • I løpet av de siste 10 år har det vært gjort en rekke lab-, pilot- og fullskala studier med kitosan som koagulant for fjerning av partikler og humus fra drikkevann. Fullskala erfaringer er høstet de siste 5 årene. • Kitosan er en positivt ladet polymer som framstilles fra krabbe- og rekeskall • Fordeler: Ingen restmetaller i rentvannet, lettere styring, mindre slamproduksjon, mer anvendelig slam • Ulemper: Dårligere fjerning av noen humusfraksjoner, høyere pris

3. Fjerning av farge (), UV254-absorberende stoffer (▲) og TOC () ved ulike kitosandoser til et syntetisk humusrikt råvann (70 mgPt/l) med lavt partikkelinnhold ved pH 5. Molekylvektsfordeling av organisk stoff bestemt med HPSEC. De største molekylene elueres ut først, og disse ligger derfor lengst til venstre i kromatogrammet. Hva fjernes med kitosan?

4. 2 mg chitosan/l + Fe Chitosan Kitosan i kombinasjon med jernklorid Biodegraderbart løst organisk stoff (BDOC) målt som forskjellen mellom høyeste og laveste DOC-konsentrasjon i løpet av 22 døgn i vann med en opprinnelig DOC konsentrasjon på 4 mg/l (Oset)

5. 100 80 Colour removal ratio (%) 60 40 20 0 0 5 10 15 20 Chitosan dosage (mg/l) pH-effekter Fjerning av farge fra humusrikt innsjøvann ved pH 3 (▲ ), pH 4 ( ) og pH 5 (● ) i jar-tester. Dragsjøen, Årnes vannverk. Resultater fra fullskala forsøk ved Sjunken Vannverk: Råvann fargetall: 34,5 mgPt/l DOC: 4,8 mg/l. 80 og 45% fjerning

6. Fjerning av farge fra råvann behandlet med kitosan (x: 1.00 mg/l; : 1.75 mg/l; ▲: 5.00 mg /l) etter membranfiltrering med filtre med porestørrelse i området 0.1-3 µm. (): Filtrert råvann uten tilsetting av kitosan Effekter av filtrering

7. Sammenhengen mellom dannelsen av trihalometaner (THM) og forbruket av klor ved desinfisering av råvann fra Oset renseanlegg. 1 mg/l fritt klor etter 24 timer Trihalometandannelse Reduksjon i THM, TOC, farge og UV-adsorberende stoff etter felling med optimale doseringer og klorering. Verdiene for klorert råvann var THM: 194 µg/l, TOC: 4.2 mg C/l, fargetall 21.7 mg Pt/l og UV-abs254nm: 0.146).

8. Haugesund vannverk • Det nye vannverket ble satt i drift i 2001 • Produserer 8,7 mill m3 pr. år (tall fra 2003), Qmaks=520 l/sek • Kitosanforbruk 14,6 tonn/år, tilsvarende 1,6 g/m3 • Saltsyreforbruk 117 tonn/år, tilsvarende 13,4 g/m3 • Polymer til slam 550 kg/år, tilsvarende 3,5 g/tonn • Fellings-pH: 4-4,5 • Filtreringshastighet: 4-6 m/time • Spylefrekvens: 1 gang/døgn

9. KITOSAN TILSETTES SLAM ANTRASITT SAND MARMOR GRUS KJØRES TIL DEPONI STAKKASTADVATN 80 mill. m³ vann RENT VANN TIL FORBRUKER 8 STK. NEDSTRØMS FILTRE Flytskjema

10. Haugesund vannverk - resultater fra 2004 og 2005 • TOC verdier ut: < 3 mg/l • Kimtall og koliforme bakterier redusert 0 etter klorering (1 gCl2/m3) Muggsopp – redusert til 0 etter filtrering • Trihalometaner • Kloroform 21 ug/l • Bromoform <0,02 ug/l • Dibromklormetan 0,23 ug/l • Bromdiklormetan 3,7 ug/l

11. Slamproduksjon • Ca. 19 g pr m3 produsert vann (11-15% TS) • Årlig ca. 170 tonn med 11-15% TS som fraktes bort og deponeres • Dersom JKL hadde vært benyttet, ville teoretisk slamproduksjon være ca 3 ganger så høy. Slamkvalitet – metaller

12. Østerbo vannbehandlingsanlegg • Vannforsyningsanlegg til Østerbo Evangeliesenter, Halden kommune • Råvannskilde er Bunessjøen • Eksisterende direktefiltreringsanlegg (aluminiumsulfat) er nedslitt og greier ikke å levere en tilfredsstillende vannkvalitet.

13. Østerbo vannbehandlingsanlegg • Kapasitet: Qmiddel=70 m3/d Qmaks=150 m3/d • Fellings-pH: 4.7-5.3 • Dosering: 6-7 gFe/m3 og 3 g kitosan/m3 • Kitosanforbruk/ kostnader: 90 kg/år = kr. 14.000;

14. Steinsland vannbehandlingsanlegg • Offisiell åpnet 30. september 2004 • Qdim: 150 m3/h Midlere: 100 m3/h P.e. = 5200 • Tre nedstrøms antrasittfiltre, dim filtreringshastighet = 7,5 m/h, + oppstrøms marmorfiltre • Farge inn: 8 - >70. Farge ut: 1 – 8 • Fellings-pH: 3,8 ved lav farge inn, 3,5 ved høy farge • Dosering: 1-1,5 g/m3 • Kitosan kjøpes fra Island i storsekk (400 kg) for 145 kr/kg. • Kjemikaliekostnad 15 –20 øre pr m3 produsert vann, tilsvarende ca. 800 kg/år til en kostnad på kr. 116.000; • Spyling av filter etter 1000 – 3000 m3 avhengig av råvannskvalitet.

15. Bjoa vannbehandlingsanlegg • Satt i drift i 2001 • Nedstrøms antrasitt/sandfilter • Oppstrøms marmorfilter • Qdim: 15 m3/h, tilsvarende 10 m/h P.e. = 700 • Fellings-pH: 4,2 ved lav råvannsfarge, 3,6 ved høy råvannsfarge • Kitosandosering: 1 –1,5 g/m3, ca. 90 kg/år, ca. kr. 13.000;/år • Farge, inn: 20-32 mgPt/l ut: 6 –10 mgPt/l • TOC, inn: 3,7-4,8 mg/l ut: 2,6-3,1 mg/l • Filterspyling: ca 1 gang pr døgn • Anlegget belastes i dag med ca 5 m3/h

16. Heggetjern vannverk • Vært i drift med kitosan fra 2002 • To oppstrøms marmorfiltre, Atot = 2,6 m2. • Dimensjonerende filterbelastning: 5 m/h. • Qdim = 13 m3/h. Årsproduksjon ca 60000 m3. (165 m3/d) • Filtermasse: filterkalk fra Franzefoss. • Dosering Kitosan: 2-3 g/m3 • Fellings-pH: 5 –5,5 • Farge: inn: 35-37 mgPt/l ut: 13-16 mgPt/l

17. Oppsummering Følgende erfaringer med bruk av kitosan i fullskala anlegg er framkommet: • Fargetall og TOC reduseres med hhv 70-75 og 35-40%. • Ved høye konsentrasjoner av organisk stoff i råvannet kan JKL med fordel benyttes sammen med kitosan. • Slamproduksjonen med kitosan alene er ca. 1/3-del av slamproduksjonen med JKL. • Sammenliknet med kostnadene for JKL er kitosankostnadene betydelig høyere, men noe kan spares inn på lettere drift, samt slambehandling, transport og deponering. Potensiale for utvikling av jordforbedringsmiddel fra kitosanslam. • Prosessen er godt egnet for små og mellomstore anlegg • Sist men ikke minst – fornøyde kunder, vannverkseiere og tilsyn.