hvilke følger får klimaendringene for råvann og...

Teknologi for et bedre samfunn

VA-dagane på Vestlandet, Haugesund, 10-11 Sep, 2014

1

Endringer i råvannskvalitet og virkninger på vannrensing

Hvilke følger får klimaendringene for råvann og vannbehandlingsprosesser? Bjørnar Eikebrokk, Sjefforsker SINTEF

Eikebrokk 1985

Teknologi for et bedre samfunn 2

Varmere, villere og våtere….

"Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industri-land, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann"

"I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i

drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet"

Klimaendringer og råvannskvalitet (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013)


Kommunenes beredskapsplaner kan utvides til å omfatte forstyrrelser i drikkevannsforsyningen som skyldes ekstremvær eller andre virkninger av klimaendringer

Kommunen kan også sørge for bedret beredskap i vannforsyningen for å hindre eller begrense akutte endringer i vannkvalitet: Flomsikring av tekniske anlegg og styrking av eksisterende barrierer, for eksempel ved å øke UV-kapasiteten

Vannverkseier kan foreta en vurdering av hvilke virkninger ekstremvær som kraftig nedbør og flom vil ha, og identifisere muligheter for å redusere forurensing av vannkildene eller bedre vannbehandlingen

Vannforsyning og klimatilpasning (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013)

Meldingen sier lite om HVORDAN man kan/bør styrke barrierene og bedre vannbehandlingen for å møte klimatruslene……


Climate change is projected to reduce raw water quality, posing risks to drinking water quality even with conventional treatment. The sources for the risks are increased temperature, increases in sediments, nutrient and pollutant loadings due to heavy rainfall, reduced dilution of pollutants during droughts, and disruption of treatment facilities during floods

In regions with snowfall, climate change has altered observed streamflow seasonality, and increasing alterations due to climate change are projected. Except in very cold regions, warming in the last decades has reduced the spring maximum snow depth and brought forward the spring maximum of snowmelt discharge; smaller snowmelt floods, increased winter flows and reduced summer low flows have all been observed. River ice in Arctic rivers has been observed to break up earlier

Hva sier så det internasjonale Klimapanelet? http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf

Key risks at global scale (Utdrag)


For lakes and reservoirs, the most frequently reported change is more intense eutrophication and algal blooms at higher temperatures, or shorter hydraulic retention times and higher nutrient loads resulting from increased storm runoff . Greater runoff results in greater loads of salts, faecal coliforms, pathogens and heavy metals

In some cases there are associated impacts on health. For instance, hospital admissions for gastrointestinal illness in elderly people increased by 10% when turbidity increased in the raw water of a drinking water plant even when treated using conventional procedures

For rivers, all reported impacts on water quality were negative. Greater runoff, instead of diluting pollution, swept more pollutants from the soil into watercourses

Increased organic matter content impaired the quality of conventionally treated drinking water

Observed changes in water quality http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf


19 IPCC Study Locations http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf


Nedbør/flom Næringsstoffer Alger

Temp pH NOMr

Temp NOM Variasjoner Patogener


Climate change affects the quality of water through a complex set of natural and anthropogenic mechanisms working concurrently in parallel and in series

Projections under climate-change scenarios are difficult, both to perform and interpret, because they require not only integration of the climate models with those used to analyze the transportation and transformation of pollutants in water, soil, and air but also the establishment of a proper baseline

The models have different spatial scales and have to be adapted and calibrated to local conditions for which adequate and appropriate information is needed. In consequence, there are few projections of the impacts of climate change on water quality; where available, their uncertainty is high

It is evident, however, that water-quality projections depend strongly on (a) local conditions; (b) climatic and environmental assumptions; and (c) the current or reference pollution state

Most projections suggest that future negative impacts will be similar in kind to those already observed in response to change and variability in air and water temperature, precipitation and storm runoff, and to many confounding anthropogenic factors

Projected changes in water quality http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf


Higher ambient temperatures, which reduce snow and ice volumes and increase the evaporation rate from lakes, reservoirs and aquifers. These changes decrease natural storage of water and hence, unless precipitation increases, its availability. Moreover, higher ambient temperatures increase water demand, and with it the competition for the resource

Shifts in timing of river flows and possible more frequent or intense droughts, which increase the need for artificial water storage

Higher water temperatures, which encourage algal blooms and increase risks from cyanotoxins and natural organic matter in water sources, requiring additional or new treatment of drinking water. On the positive side, biological water and wastewater treatment is more efficient when the water is warmer

Possibly drier conditions, which increase pollutant concentrations. This is a concern especially for groundwater sources that are already of low quality, even when pollution is natural (As, Fe, Mn, F)

Increased storm runoff, which increases loads of pathogens, nutrients and suspended sediment. Sea-level rise, which increases the salinity of coastal aquifers

Projected impacts and risks: Municipal water services are confronted with

http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf


Climate change also impacts water quality indirectly. For instance, at present many cities rely on water from forested catchments that requires very little treatment. More frequent and severe forest wildfires could seriously degrade water quality (Jfr. Sweden 2014…..)

Many drinking-water treatment plants – especially small ones – are not designed to handle the more extreme influent variations that are to be expected under climate change

Projected impacts and risks: Municipal water http://ipcc-wg2.gov/AR5/images/uploads/WGIIAR5-Chap3_FGDall.pdf


Klimaendringer og NOM

P. Ericsson, 2011

Teknologi for et bedre samfunn 12 12

Hvorfor så opptatt av

NOM? 10 gode grunner

1. Gir farge, lukt og smak på vannet

2. Øker dosebehovet for koagulant og desinfeksjonsmiddel (klor, O3, UV)

3. Påvirker desinfeksjonseffektivitet og barrierer - og danner DBP

4. Påvirker fjerningen av uorganiske partikler og mikroorganismer

5. Øker mobilitet og tilgjengelighet/inntak av mikroforurensninger

6. Danner biofilm/belegg (fouling) på membraner og i ledninger – også

innomhus

7. Blokkerer porer i AC-filtre og utkonkurrerer lukt/smak/mikroforurensninger

8. Øker mengden slam/avfall

9. Påvirker så vel vannbehandling som distribusjon

10. Økende innhold og større sesongmessige variasjoner i NOM-mengde og

sammensetning gir utfordringer for drift av vannbehandlingsanlegg, for

driftskontrollsystemer, og for prosessvalg og dimensjonering

Eikebrokk 1985

P. Wang 82


0

10

20

30

40

50

60

70

197019751980198519901995200020052010201520202025203020352040

Råv

ann

sfar

ge (

mg

Pt/

L)

Oset - Maridalsvannet

Max

Middel

Min

0

10

20

30

40

50

60

70

197019751980198519901995200020052010201520202025203020352040

Råv

ann

sfar

ge (

mg

Pt/

L)

Langlia

Max

Middel

Min

0

10

20

30

40

50

60

70

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

Råv

ann

sfar

ge (

mg

Pt/

L)

Elvåga - Skullerud

Max

Middel

Min

0

10

20

30

40

50

60

70

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

Råv

ann

sfar

ge (

mg

Pt/

L)

Holsfjorden

Max

Middel

Hva om vi får "skotske forhold" med fargetall > 400?

Økende fargetall i Oslos drikkevannskilder – Slik som i SVE, GBR, GER, USA, CAN, ++

Viktigste NOM-drivere: Økt temp&primærprod; mer nedbør; mer løvtrær; mindre sur nedbør?


Mulige årsaker til økende NOM Modified after Forsberg 1992; Liltved 2002 Possible reasons for NOM increase

(From Liltved 2002, Forsberg 1992)

Ø k t m e n g d ed r iv h u s g a s s e r ;

C O 2 , C H 4 , K F K ,

e tc .

Ø k t å r s m id d e l -t e m p e r a tu r ,

0 ,2 - 0 ,7 C p r d e k a d e

Ø k t n e d b ø r

Ø k t N -

n e d fa l l

Ø k t fo to s yn te s e

Ø k t p la n te v e k s t

Ø k t a v r en n in g

Ø k t m e n g d e

p la n te a v fa l l

Ø k t

n e d b r y tn in g s -

h a s t ig h e t

H ø y e r e

g r u n n v a n n s -

n iv å

M e r m yr - o g

v å tm a r k s -

o m r å d e r

Ø k t p r o d u k s jo n

a v N O M

Ø k te t il fø r s l e r

a v

N O M

H ø y e r e fa r g e ta l l o g o r g a n i s k k a r b o n i e lv e r o g in n s jø e r

Increased amount of

greenhouse gases (CO2,

CH4, N2O, CFC, etc)

Temp increase

(0.2-0.7 °C per

decade)

Increased

precipitation

Increased runoff

Higher ground

water level

More moors and

peatland areas

Increased photosynthesis

Increased primary production

Increased

atmospheric

N deposition

Increased amount

of plant residues

Increased rate

of degradation

Increased NOM

production

Increased flux

of NOM

Increased source water color, UV-abs and organic carbon

Less acid rain, less

S, less Al, less

‘natural’ coagulation

Elevated

tree line


Lokale avrenningsprojeksjoner Projeksjoner for Oslo VAV 2040 (Killingtveit, 2014)

Ingen endring i avrenningsmengde fra Maridalsvannet Økt temperatur og økt fordamping balanserer den økte nedbør

Men fordelingen av avrenningen over året vil endres

Mildere vintre og mindre snømagasinering, flere tine-frysesykluser Mindre vårflom – økt høstflom

Vil dette gi økt NOM - og/eller endring i NOM-egenskaper? Mer alger? Flere patogener?


Vannbehandling, NOM og

klimarobusthet


Eikebrokk 1985

NOM removal technologies used in Norway

Enhanced coagulation 120 WTPs

Ozonation - GAC - biofiltration 35 WTPs

Nanofiltration 110 WTPs

DOC, Colour, UV-abs

treatment, disinfection, and distribution including corrosion, regrowth, precipitation, deposition, adsorption

affects NOM-->


Ozon-biofilteranlegg (OBF) med alkalisk forfiltrering

2

O3

NaOCl

CO2

O3 contact - CaCO3 filter - Biofilter – CW tank - UV - NaOClLake

Norsjø

Net

Norsk Vann-rapport (2014): Erfaringer med OBF-anlegg i Norge

Økt NOM/VHA/farge økt ozonbehov økt BDOC økt vekst? Lavere temp økt Ct-krav økt ozonbehov red BF-effekt/økt BDOC økt vekst?


Nanofiltration - NF

Pre-treatment : 50 µm sieve Design flux: 15-18 l/m2h Module: Spiral wound Pore size: 3 nm (1-5) Membranes: CA Recovery: 70-80% Cleaning: Frequent (every night) Challenges: Fouling, regrowth, taste&odour?

Åfjord og Hitra (2011-2013): Omfattende analyse av lukt/smakstoffer

Økt NOM mer belegg/fouling mer klor/vask økt dannelse av klorforbindelser/klorfenoler mer anisoler/mer lukt/smak?


Eikebrokk 1985

Effekter av klimaendringer/økt NOM: Koagulering

Enhanced coagulation 120 WTPs

DOC, Colour, UV-abs

treatment, disinfection, distribution

affects NOM-->

Økt koagulantbehov Økt slamproduksjon Økt TOC i rentvann Kortere filtersykluser og økt spylevannsforbruk Raskere trykktapsutvikling Hvis også mer alger økt trykktap/blokkering av

filtersenger, og mer hydrofile, dårlig koagulerbare NOM-fraksjoner (NEU)

Effekter av klimaendringer og økt NOM på koag-anlegg


Klimaendringer og økende NOM kan kreve

supplerende vannbehandlingstrinn (AC, UF, MIEX, etc)

En optimalisering vannbehandlingen vil

ikke alltid være tilstrekkelig…..


Görvälnverket, Norrvatten, SE

x Blokkeres av NOM Nytt NF-trinn?


Mer alger – flere problemer i vannforsyningen Lukt/smak, toksiner, vanskelig fjernbar NOM, trykktap i filtre

AWWARF 2004; Hall et al 2005

Risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filterseng


"Kokende" filtersenger Konkrete eksempler i Norge…

Alger kan gi høye trykktap og økt risiko for lokalt undertrykk og "kokende" filtersenger

Jfr. gassen som kommer ut av seltersflaska når korken tas av og trykket fjernes

Slike gassbobler kan fullstendig blokkere et filter og redusere behandlingskapasiteten dramatisk

Økt NOM + alger: En utfordring!


Jonsvatnet – Vinteren 2014 Et ekstremt værfenomen –

eller en uforutsett effekt av klimaendringer?


-20

-15

-10

-5

0

5

10Lufttemperatur (°C)

MAX

AVG

MIN

Jonsvatnet – Vinteren 2014

Vindstyrke og lufttemp, Sagelva (8. jan-24. feb 2014) (Killingtveit/Alfredsen, 2014)

Vanntemperatur (Tronhus/Kierulf, 2014)

0

1

2

3

4

01

.01

.20

14

08

.01

.20

14

15

.01

.20

14

22

.01

.20

14

29

.01

.20

14

05

.02

.20

14

12

.02

.20

14

19

.02

.20

14

26

.02

.20

14

Råvannstemperatur VIVA 2014 (°C)

0

1

2

3

4

5

01

.01

.20

14

08

.01

.20

14

15

.01

.20

14

22

.01

.20

14

29

.01

.20

14

05

.02

.20

14

12

.02

.20

14

19

.02

.20

14

26

.02

.20

14

Vindstyrke (m/s)MAX

AVGMIN

En mild og vindfull førjuls-vinter intet isdekke


0

1

2

3

4

01

.01

.20

14

08

.01

.20

14

15

.01

.20

14

22

.01

.20

14

29

.01

.20

14

05

.02

.20

14

12

.02

.20

14

19

.02

.20

14

26

.02

.20

14

05

.03

.20

14

12

.03

.20

14

19

.03

.20

14

26

.03

.20

14

Råvannstemperatur VIVA 2014 (°C)

27

Jonsvatnet – Vinteren 2014 Vanntemperaturer målt ved VIVA (Tronhus, 2014)

Et klimaendringens paradoks: En av de varmeste vintre, men det

kaldeste kranvannet ever….

0.26 °C


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1. j

anu

ar

11

. jan

uar

21

. jan

uar

31

. jan

uar

10

. fe

bru

ar

20

. fe

bru

ar

1. m

ars

11

. mar

s

21

. mar

s

31

. mar

s

°C

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Arendal: Råvannstemperatur i Jan, Feb, Mar (°C)


Temperaturen kan også påvirke dannelsen

av belegg og biofilm i ledningsnettet….. (Modifisert etter Vreeburg et al., 2007)

© J.H.G. Vreeburg

Regular

deposition &

resuspension

Corrosion Biofilm

formation &

sloughing

Precipitation &

adsorption (BDOC and

dissolved

solids, incl. Me)

Suspended

solids

Suspended

solids

(BDOC and

dissolved

solids, incl

Me)

Loose deposits with "inhabitants"


Mulige effekter av ekstremt lave vintervanntemperaturer

Fare for is/sarrdannelse i installasjoner/vannbehandlingsanlegg

Økte Ct-krav for samme log-red ved klorering og ozonering for samme t kreves 25-50 % høyere dose C ved 0.5 °C enn ved 4 °C

Økt ozondose og redusert biologisk omsetningshastighet i desinfeksjon og vannbehandling økt biologisk vekstpotensial i rentvann og nettvann

Lav vanntemp gir mindre biologisk vekst i ledninger utomhus, men mer innomhus?

Lav temp påvirker drift og kostnader for UV-desinfeksjonsanlegg lamper tenner ikke; redusert levetid på lamper når temp < 5 °C?

Lavere sedimenteringshastighet og økte filtertrykktap i VBA

Lav temp: Et viktig kriterium ved valg av vannbehandlingsmetode?


http://www.nrk.no/nordland/drikkevannet-pa-rost-odelagt-1.11854407

Kommunens renseanlegg har siden slutten av forrige uke vært slått ut av varmen, og vannet i springen har derfor vært urenset og misfarget. Over en uke senere er problemene ved kommunens renseanlegg fortsatt ikke løst. – Vi har problemer med å få renset vannet vårt her ute på Røst. Den kraftige varmen har gjort at vi har fått for varmt vann i bassenget vi tar vann fra. Det blir en oppblomstring av alger og da blir det vanskelig å få renset vannet.











Husebybadet er friskmeldt etter Legionella-utbrudd (Adresseavisen 26 aug 2014)

Hurtigrute-passasjer smittet av legionella (Lofotposten 13 aug 2014)

Mann innlagt på sykehus med legionella. Beboerne i ei høyblokk i Trondheim har fått beskjed om å rense dusjene sine Adresseavisen 6. sep 2012

Første registrerte utbrudd i Norge var i Stavanger 2001. 28 personer ble smittet, 7 av dem døde

http://www.stavanger.kommune.no/Aktuelt/Stavanger-svommehall-stengt-pga-legionella/(des 2013)

http://www.stavanger.kommune.no/Aktuelt/Stavanger-svommehall-stengt-pga-legionella/











"The influence of NOM and the potential changes in its character due to impacts from climate change and ozone depletion cannot be ignored" (Environmentalist, Springer Sci., DOT 10.1007/s10669-007-9123-7, 2007, Australia)

"Better monitoring needed - Higher likelihood of microorganisms in drinking waters, cannot wait for outbreaks to occur. Early detection tools in real time is needed" (Jour. AWWA Sep 2003, USA)

"Betydningen av drikkevann som årsak til næringsmiddelbårne infeksjoner er sannsynligvis større i Norge enn i andre industriland, blant annet på grunn av utbredt bruk av overflatevann"

"I fremtiden kan det forventes en redusert råvannskvalitet i drikkevannskilder og hyppigere hendelser på fordelingsnettet" (Meld. St. 33 Klimatilpasning i Norge, 2012-2013)

Utfordringene er globale – løsningene lokale..

Kjenn ditt råvann og ditt anlegg – og vær beredt !

hvilke følger får klimaendringene for råvann og...

Documents