Verktøy for beslutningsstøtte og driftsoptimalisering av vannverk med membranrensing

Overhalla kommune, Jevnaker kommune og Kirkebygden og Ytre Enebakk Vannverk er deltagere i et innovasjonsprosjekt for offentlig sektor der målsetningen er å utvikle verktøy for optimalisering av design og drift av membrananlegg for drikkevannsrensing. SINTEF deltar i prosjektet som FoU-partner og Inrigo AS deltar som industripartner og teknologileverandør. Bakgrunnen for prosjektet er at det finnes cirka 120 membrananlegg for drikkevannsrensing i Norge. Disse brukes primært for behandling av råvann med høyt innhold av naturlig organisk materiale. Membraner fjerner effektivt farge fra råvannet. Membraner er også en effektiv hygienisk barriere, hvilket er viktig for å produsere et helsemessig trygt drikkevann. Gitt riktig valg av membrantype og gode driftsrutiner tilpasset aktuell råvannskvalitet, vurderes membrananlegg å være velegnet til å håndtere fremtidig økt press på råvannskilder, både i forhold til økt forurensing og økt fargetall på grunn av klimaendringer. Kommunene og vannverkseiere etterspør både ny kompetanse og tilgang til nye tjenester for å kunne svare på: - Hvordan velge riktig renseprosess og riktig membran i forbindelse med nye vannverk? - Hvordan optimalisere driften for eksisterende membrananlegg? - Hvordan kan man redusere driftsettersyn ved bruk av automatisering? - Hvordan kan vannverkene diagnostisere og effektivt håndtere problemer med beleggdannelse på membranene? Prosjektet vil utvikle et sett med verktøy som svarer til vannverkenes behov, hvilket omfatter: - Verktøy for beslutningsstøtte ved valg av membranprosess og type membran - Verktøy for driftsoptimalisering - Verktøy for diagnostisering av driftsproblemer Sentralt i prosjektet er gjennomføring av pilottester, der to forskjellige membrantyper driftes parallelt med eksisterende fullskala nanofiltreringsanlegg hos de tre deltagende vannverkene. Inrigo AS har vært ansvarlig for design og bygging av to stk.-pilot-rigger. Den ene piloten er bygget for uttesting av ultrafiltreringsmembraner (UF) med forkoagulering. Den andre er en nanofiltrerings-rigg (NF) bygget for uttesting av standard 8" membranelementer. Pilotene var klare til oppstart ved Konovatnet vannverk i Overhalla i mars 2020, hvor de var i drift fram til mai 2021. Pilotene ble deretter flyttet til Jevnaker vannverk hvor fortsatt er i drift. Den siste flyttingen av pilotene i prosjektperioden skjer i januar 2022 da pilotene vil settes i drift ved Kirkebygden og Ytre Enebakk vannverk og driftes fram til sommeren 2022. SINTEF har i prosjektet utearbeidet metodikk for obduksjon av brukte membraner fra vannverk. Hensikten har vært å utvikle verktøy som kan fastslå karakteristikk på belegg, årsaken til beleggdannelse og tiltak for å unngå/redusere effekten av beleggdannelse. Metodikken har vært prøvd ut på membraner fra både fullskala-anlegg og fra drift av pilotanlegg ved de tre deltagende vannverkene. SINTEF har tatt vannprøver fra både råvann og renset vann fra vannverkene som har blitt analysert ved bruk av både etablerte og nyutviklede analysemetoder for å bidra til å forklare sammenhenger mellom råvannskvalitet og beleggdannelse. I tillegg er det samlet inn driftsdata fra de siste årene fra de deltagende vannverkene for å vurdere potensialet for optimalisering av driften av membrananleggene. Prosjektet går nå inn i sitt siste år. Mesteparten av datainnsamlingen er nå ferdigstilt og prosjektet går inn i en sluttfase der en vil analysere innsamlede data med målsetning om å finne korrelasjoner mellom råvannskvalitet, membrantype og driftsparametere på den ene siden og membranytelse og beleggdannelse på den andre siden. Den nye kunnskapen vil deretter benyttes til å utarbeide nyttige verktøy for optimalisering og drift av membrananlegg for drikkevannsrensing.

Nanofiltrering benyttes som renseprosess i ca. 150 vannverk i Norge. Prosessen er en effektiv hygienisk barriere, og sikrer god fargefjerning med små variasjoner i kvaliteten på det rensede vannet. Enkel drift med god og stabil vannkvalitet på renset vann selv ved høye fargetall i råvannskilden gjør at nanofiltrering er en velegnet prosess for norske forhold. Prosessen er spesielt velegnet for mindre og mellomstore anlegg på grunn av lavt ressurs behov for drift. Likevel opplever mange nanofiltreringsanlegg betydelige utfordringer med begroing av membranen, dvs. såkalt membranfouling. Fenomenet reduserer gradvis ytelsen til membranene, noe som resulterer både i redusert levetid, økning i driftstrykk, og økt vaskebehov. Konsekvensen er økte driftskonstander og dyrere drikkevann. De nevnte driftsutfordringene kan også resultere i redusert produksjonskapasitet og manglende leveringssikkerhet for abonnentene. FORKMEM har bidratt til økt kunnskap om sammenhengen mellom langtids membranytelse og faktorer knyttet til råvannskvalitet, design og drift av nanofiltreringsanlegg. Bedre forståelse av årsakene til beleggdannelse vil benyttes til å gi anbefalinger for design og drift av nanofiltreringsanlegg. Dette vil legge til rette for at vannverk med nanofiltrering kan redusere energiforbruk og kostnader til membranvask. Mindre hyppig membranvask resulterer også i økt produksjonstid og gir bedre kapasitet. Det viktigste er likevel at bedre design og drift vil bidra til å øke levetiden på membranene. Membrankostnaden utgjør ca. 30% av den totale investeringskostnaden til et membrananlegg, og å unngå hyppigere utskifting av membranene enn det som er nødvendig kan bety store økonomiske besparelser. FORKMEM har bidratt til å øke kompetansen på membranfiltrering hos SINTEF. Denne kompetansen har resultert i at SINTEF kan tilby etterspurte tjenester til vannverk og rådgivere/leverandører. Tjenestene inkluderer: - Utredning av driftsutfordringer o Membranobduksjon o Råvannskarakterisering o Analyse av driftsdata o Vurdering av årsaker og alternative tiltak - Vurdering av utskiftingsstrategi for membraner - Utredning/optimalisering av vaskekjemikalier Den økte kunnskapen som er generert gjennom FROKMEM vil være utgangspunkt for revisjon av en bransjeveileder for design og drift av membrananlegg som er utgitt av Norsk Vann. Utgivelse av revidert veileder er primo 2024. Dette vil tilgjengeliggjøre resultatene fra FORKMEM for norske kommuner og øvrige aktører i vannbransjen.

Det finnes ca. 120 membrananlegg for drikkevannsrensing i Norge. Disse brukes primært for behandling av råvann med høyt innhold av naturlig organisk materiale. Membraner fjerner effektivt farge fra råvannet. Membraner er også en effektiv hygienisk barriere, hvilket er viktig for å produsere et helsemessig trygt drikkevann. Gitt riktig valg av membrantype og gode driftsrutiner tilpasset aktuell råvannskvalitet, vurderes membrananlegg å være velegnet til å takle fremtidig økt press på råvannskilder, både i forhold til økt forurensing og økt fargetall på grunn av klimaendringer. Kommunene og vannverkseiere etterspør både ny kompetanse og tilgang til nye tjenester for å kunne svare på: - Hvordan velge riktig renseprosess og riktig membran i forbindelse med nye vannverk? - Hvordan optimalisere driften for eksisterende membrananlegg? - Hvordan kan man redusere driftsettersyn ved bruk av automatisering? - Hvordan kan vannverkene diagnostisere og effektivt håndtere problemer med beleggdannelse på membranene? Prosjektet skal gjennomføre pilottester, der to forskjellige membrantyper driftes parallelt med eksisterende fullskala nanofiltreringsanlegg hos tre deltagende vannverkene. I tillegg vil en prøve ut et bredt spekter av analyseteknikker for å finne frem til velegnede parametere for å kunne bestemme potensialet for beleggdannelse for NOM-holdig overflatevann. Prosjektet vil utvikle et sett med verktøy som svarer til vannverkenes behov, hvilket omfatter: - Verktøy for beslutningsstøtte ved valg av membranprosess og type membran - Verktøy for driftsoptimalisering - Verktøy for diagnostisering av driftsproblemer Partnere i prosjektet er tre vannverk, en leverandør av membrananlegg (Inrigo AS) og en FoU-institusjon (SINTEF). Vannverkenes rolle vil være knyttet til driftsoppfølging ved gjennomføringen av pilottester, samt at de vil involveres for utprøving og tilpasning av verktøyene for beslutningsstøtte, driftsoptimalisering og diagnostisering av driftsproblemer.