AOC, vilken är en parameter som anger den lätt åtkomliga delen av NOM, är en kritisk parameter för att kontrollera tillväxtpotential på ledningsnätet. Detaljerad kunskap om olika NOM-fraktioner är viktig vid dricksvattenberedning.
Av: Thor Wahlberg
Globalt har avskiljning av NOM blivit en av de större utmaningarna efter mikrobiologiskt säkert dricksvatten. Vilka är då problemen med bristande avskiljning av NOM?
Det som artikeln lyfter fram är bildande av desinfektionsbiprodukter (DBP), återväxt i ledningsnät, ökad åtgång av klor och problem med lukt och smak. Idel kända effekter men som här kopplas till beredningssteg i tre stora vattenverk med råvatten från en och samma sjö. Författarna menar att AOC, vilken är en parameter som anger den lätt åtkomliga delen av NOM, är en kritisk parameter för att kontrollera tillväxtpotential på ledningsnätet. Förutom AOC, DOC och UV254 har flera analystekniker använts som; EEM, fluorescensspektroskopi, kromatografi baseras på molekylvikt, selektivt jonbyte baserat på grad av hydrofob och hydrofil egenskap. Sammantaget menar författarna att få studier har kombinerat nämnda analyser för att få en detaljerad och uttömmande kunskap om olika NOM fraktioner och dess avskiljning under beredningen.
Metoder
Studien har förlagts till tre vattenverk vilka alla tar vatten från sjön Tai Hu väster om Shanghai i Kina. Två av vattenverken är relativt nyligen byggda med avancerad rening där den konventionella beredningen med flockning, sedimentering, filtrering och klorering har kompletterats med men för- och efterozonering tillsammans med biologiskt aktiva kolfilter. Det tredje vattenverket har enbart konventionell beredning med kemisk fällning och klorering. Den kemiska och biologiska statusen för råvattenkällan är dålig. Intill sjön som är Kinas tredje största ligger mångmiljonstäder. Ett omfattande provtagningsprogram genomfördes vid alla tre vattenverken, under 2013 som grund till studien. Förutom undersökningarna i fullskaleanläggningar gjordes labskaleförsök med ozonreaktor. De analystekniker som användes genomgående var fraktionering av NOM i VHA (väldigt hydrofoba syror) , SHA (ganska hydrofoba syror), CHA (laddade hydrofila ämnen) och NEU (neutrala hydrofila ämnen), analys av DOC och UV254, bestämning av AOC, separation av NOM efter molekylvikt och fluorescensspektroskopi.
Resultat och diskussion
För de två vattenverken med avancerad beredning med förozonering, kemisk fällning, efterozonering, kolfiltrering och klorering var resultaten likartade. Råvattnet hade i medeltal 3,7 mg DOC/l och 0,062 m-1 för UV254. NOM i råvattnet var lågmolekylärt med stor andel SHA. SUVA index var följaktligen lågt, < 2. AOC koncentrationen i råvattnet under sommaren var 38 +/-19 µg/l och under vintern 125 +/-26 µg/l. Det lägre värdet sommartid kan hänföras till omvandling av lättnedbrytbart NOM genom den högre aktiviteten av heterotrofa bakterier vid högre vattentemperatur. Efter förozonering så reducerades DOC med i snitt 3,9 % och UV254 med 20,5 %. Däremot ökade AOC med 42 %. Den låga DOC reduktionen visade att ozondosen på 0,4 – 0,8 mg/l var otillräckligt för att mineralisera det organiska materialet. Efter detta steg så reducerade den kemiska fällningen DOC och UV254 med ca 21 % respektive ca 23 %. AOC påverkades inte. I litteraturen så redovisas ofta en AOC reduktion över snabbfiltersteg som följer på flockning och sedimentering. Efterozoneringen reducerade NOM mätt som DOC och UV254 med liknande procent som förozonering. Däremot ökade AOC dramatiskt till 151 +/-31 µg/l. Utifrån AOC värdet i råvattnet blev det en ökning med 400 %.
Ozondosen var lika för för- respektive efterozonering, 0,6 mg/l, och ökningen betydligt högre i efterozoneringen relativ förozoneringen. En längre kontakttid, 12 min, jämfört med 3 min är en förklaring. En annan är att vid förozoneringen så var det högre halter partikulärt material som påverkade ozoneringen. Efter det kolfiltersteget så reducerades DOC med 7,4 % men UV254 ökade med 18 %. AOC minskade till 96 +/-42 µg/l. Högre än efter snabbfiltersteget. Beredning med O3-BAC hade en negativ avskiljningseffekt för AOC. Slutlig klorering ökade ytterligare AOC till ca 145 µg/l. Över hela beredningen var AOC reduktionen minus 300 %. Rekommendationen för distribution av dricksvatten är AOC <100 µg/l i klorerat vatten
För det konventionella vattenverket så låg halten AOC ut på 50 µg/l efter klorering. Enbart kemisk fällning påverkade således inte AOC halten nämnvärt.
Genom att kombinera olika analyser som visar NOM sammansättning som EEM, fraktionering och MW efter varje beredningssteg i de två vattenverken, med avancerad beredning, kunde de höga AOC halterna efter efterozonering klarläggas. EEM diagram visade att toppar för humuslika och protein lika ämnen minskade drastiskt med ozonering. Genom att kombinera detta resultat med minskning av UV254 vid efterozonering så kunde studien visa att aromatiska organiska och fluorescerande ämnen är en källa till bildning av AOC. För att undersöka om kontakttiden har betydelse för AOC halterna så gjordes bänkskaleförsök. Vid dessa togs prover ut efter varje minut upp till 10 minuters kontakttid. O3 dosen beräknades som ozon exponering, mg x min/l, och var ca 1,2. AOC per mg DOC. Detta beräknades för att normalisera resultaten. Dessa visade att efter en minuts exponering hade 88 mikrogram AOC bildats. Med en halt av 2,67 mg DOC per liter blir det 32,9 mikrogram AOC/DOC.
Värdet överensstämmer med undersökningar utförda på ytvatten i Schweiz och Tyskland. Slutsatsen stödjer den hypotes som säger att kvantitet och kvalitet gällande NOM från olika ytvatten har mindre inverkan på AOC bildningen under ozonering. Exponeringstiden för ozon har större inverkan. Påpekas kan att bildning av ozon per tidsenhet är inte linjär utan avtar med tiden men kan också följa ett polynom med avtagande och ökande AOC bildning per tidsenhet.
Slutsatser
De två vattenverken med avancerad rening hade en bättre reduktion av NOM analyserat som UV254 än för DOC men negativ reduktion för AOC vid bägge verken. Jämfört med konventionell rening var dock avskiljningen mätt som UV254 och DOC högre. Den negativa avskiljningen för AOC, jämfört med konventionell rening, beror på större tillgång till ämnen tillgängliga för AOC bildning vilka skapas med avancerad beredning. Fraktionering av NOM visade att CHA och NEU ämnen med MMW (Medium Molecular Weight) bidrog i hög grad till bildningen av AOC. Studien visade också på kinetiken för AOC bildning.
Egna reflexioner
AOC bildning med avancerad beredning som O3 och BAC känns igen från försök och vattenverk i Sverige. Internationellt verkar AOC som parameter för biostabilitet vara vedertagen. I denna studie saknas kopplingen till biofilmstillväxt och bakterietillväxt i ledningsnätet. Ozonering har också en viktig roll i desinfektion. Vid alla tre vattenverken doserades klor vilket fick en helt avgörande betydelse för de mycket höga AOC värden från de två vattenverk med avancerad rening. Ozoneringen skapar ämnen som med oxdiation genom klordosering ger ett bioinstabilit vatten. O3 + BAC eller långsamfiltrering ger förvisso en viss negativ avskiljning mätt som AOC men bör då inte kombineras med efterföljande klorering.
Källa: Huan He, Tian Li, Chang He, Jiapei Chen, Huaqiang Chu and Bingzhi Dong. Removal of natural organic matter in full-scale conventional and advanced water treatment plants: Assimilable organic carbon and its precursors. Chemical Engineering Journal Advances 8 (2021)
