Innholdsfortegnelse

Nr. 34. Desinfeksjon av drikkevann. Valg av metode

Formål

Flere forhold påvirker valg av desinfeksjonsmetode, blant annet:

  • HMS
  • Resteffekt i ledningsnettet
  • Vannkvalitet
  • Øvrig vannbehandling
  • Tilgjengelig kontakttid
  • Kostnader

Dette VA/Miljø-bladet skal være til hjelp ved valg av metode, og følgende desinfeksjons-midler vurderes:

  • Natriumhypokloritt (NaOCl)
    • Fabruikkprodusert
    • Produsert på stedet ved elektrolyse
  • Kalsiumhypokloritt (Ca(OCl)2)
  • Ozon (O3)
  • Ultrafiolett bestråling (UV-bestråling)

Begrensninger

Det er mange sterke oksidasjonsmidler som gir desinfeksjon, blant annet klorgass og klor-dioksid, men som ikke tas med i dette VA Miljø-bladet:

Klorgass:

På grunn av strenge krav til sikkerhet og fare forbundet med transport og lagring er klorgass nå erstattet med andre klorprodukter, vesentlig natriumhypokloritt.

Klordioksid:

Klordioksid (ClO2) har ikke vært godkjent som desinfeksjonsmiddel i Norge, og derfor er det ingen vannverk som i dag benytter dette desinfeksjonsmiddelet. Årsaken har blant annet vært faren for dannelse av helseskadelige kloritter, ved for store doser. Nå er imidlertid ett klordioksid-produkt inne på Mattilsynets liste over godkjente desinfeksjonsmidler. Produktet heter ”Oxine”som leveres av Termek AS

Bruksbetingelser:

≤ 5,0 ppm(mg/l) ClO2, og bruken skal ikke gi klorittverdier over 0,7 mg/l.

Funksjonskrav

I følge ”Forskrift om vannforsyning og drikkevann” (”Drikkevannsforskriften”) skal det være to uavhengige hygieniske barrierer.

Barrierene skal:

  • Hindre at smittestoffer kommer til drikke-vannet
  • Drepe eller inaktivere smittestoffer

MULTIBARRIERER

Det er flere forskjellige barrierer som bidrar til hygienisk sikring av drikkevannet. Derfor benyttes begrepet multibarrierer.

Noen barrierer holder tilbake, og hindrer at smittestoffe tilføres drikkevannet, mens andre dreper eller inaktiverer smittestoffer.

Eksempel på tiltak som gir delbarrierer:

  • Naturlige barrierer:
    • Klausulering som hindrer forurensning
    • Dypinntak i store sjøer
    • Lang oppholdstid i grunnen (grunnvann)
  • Vannbehandling(smittestoffer holdes tilbake)
    • Kjemisk felling / kontaktfiltrering
    • Membranfiltrering
    • Saktefiltrering
    • Ozon og biofiltrering
  • Desinfeksjon:
    • Klorering
    • Ozonering
    • UV-bestråling

LOG – KREDITT

De enkelte barrierene gir forskjellig effekt (inaktivering) i forhold til:

  • Bakterier
  • Virus
  • Parasitter

Det er derfor hensiktsmessig å benytte begrepet log-kreditt, der det settes krav til antall log i forhold til smittestoff som skal inaktiveres / fjernes:

% inaktivering = ((1-(1/10L)) x 100

L = logaritmetallet
1-log = 90 % inaktivering
2-log = 99 % inaktivering
3-log = 99.9 % inaktivering
4-log = 99.99 % inaktivering

Krav til log-fjerning for bakterier, virus og parasitter bestemmes av blant annet:

  • Antall personer tilknyttet vannverket
  • Råvannskilde
  • Funn av smittestoffer i vannkilden (Historiske data)

I NorskVann rapport 147 gis en detaljert informasjon om krav til, og beregninger knyttet til log-kreditt.

THM (TRIHALOMETANER)

Når klor tilsettes vann som inneholder organisk stoff (for eksempel humus-forbindelser), kan det dannes helseskadlige THM forbindelser.

Følgende forhold påvirker THM dannelsen:

  • Vannets innhold av organiske forbindelser.
  • Klordose
  • Kontakttid

I figur 1 vises eksempel på THM dannelse i forhold til mengde organisk stoff, klordose og kontakttid.

Blad 34, figur 1

Figur 1. Eksempel på dannelse av THM i forhold til klordose, kontakttid og vannets TOC innhold.

I ”Drikkevannsforskriften ” er grenseverdien for THM 50 μg/l , og som er summen av følgende komponenter:

  • Kloroform
  • Bromoform
  • Dibromklormetan
  • Bromdiklormetan

Som det framgår øker THM innholdet med øket klortilsetning og øket kontakttid.

Med norsk klorpraksis, og kravet som stilles til vannkvalitet, vil faren for å nå oppsatt grenseverdi være liten.

Ct- BEREGNINGER

Ved desinfeksjon med klor og ozon er virkningen avhengig av effektiv dose (C) og effektiv kontakttid (t).

Eksempel: Gitt

  • C effektiv = 0,1 mg.klor/l
  • t effektiv = 30 min.
    Ct = 0,1 x 30 = 3,0 mg.min/l

Effektiv dose:

Etter tilsetting av klor fås raskt en reduksjon, som blant annet skyldes klorens oksidasjon med stoffer i vannet. Deretter fås en langsom reduksjon, som er avhengig av vannkvaliteten. Effektiv dose er tilnærmet middelverdien etter nevnte raske reduksjon og verdien ved slutten av kontaktperioden

Effektiv kontakttid:

Effektiv kontakttid med desinfeksjonsmiddelet er avhengig av hydraulisk faktor (Hvor stor andel av bassengvolumet som er nyttbart) Effektiv kontakttid i minutter

(V/Q) x hydraulisk faktor x 60

V = Totalt bassengvolum m3
Q = Dimensjonerende vannmengde m3/h

Det er utformingen av kontaktbassenget, samt inn- og utløpsarrangementet som er avgjørende for hydraulisk faktor.

Hvis bassenget deles i smale og lange enheter (Stempelstrømning), og det etableres gode inn-og utløpsforhold, kan hydraulisk faktor bli over 90 % (0,9). Ved tilnærmet kvadratiske basseng, og direkte inn-og utløp kan hydraulisk faktor bli under 20 % (0,2)

Eksempel:

  • Totalt bassengvolum (V) 800 m3
  • Dim. vannmengde (Q)1000 m3/h
  • Hydraulisk faktor 60 % (0,6)
    Effektiv kontakttid blir da:
    (800/1000) x 0,6 x 60 = ca.29 min.

Det bør tilstrebes best mulig hydraulisk faktor, noe som oppnås hvis bassenget deles i segmenter, og at innløp/utløp dekker hele segmentbredden.

For å klarlegge hydraulisk faktor for eksisterende basseng kan det gjennomføres målinger ved hjelp av en tracer.

God informasjon gis i NorskVann rapport 147

Dimensjonerende Ct- verdier.

I NorskVann rapport 147 foreslås følgende Ct-verdier (mg.min/l) for norske anlegg.

Tabell 1. Forslag til Ct verdier ved norske anlegg.

Desinfeksjonsmiddel Bakterier
3 log		 Virus
3 log		 Giardia
2 log		 Crypto
2 log
4oC 0,5oC 4oC 0,5oC 4oC 0,5oC 4oC 0,5oC
Klor
pH < 7
pH 7-8
pH > 8		 1,0
1,5
2,0		 1,5
2,0
3,0		 4,0
6,0
8,0		 6,0
8,0
12,0		 75
100
175		 100
150
250		 i.a.
i.a.
i.a.		 i.a.
i.a.
i.a.
Kloramin 100 200 1500 2000 1750 2500 i.a. i.a.
Klordioksid 1,0 1,5 20 25 25 40 1000 1250
Ozon 0,5 0,75 1,0 1,5 1,5 2,0 30 45

i.a. – ikke angitt

GENERELLE FUNKSJONSKRAV

Viktige funksjonskrav, og hvordan de kan oppfylles:

Funkajonskrav Oppfylles ved
God effekt • Kloring ved lav pH
• God UV transmisjon
Sikring mot avbrudd • Registrering som gir umiddelbar varsling
• Dublering av viktig utstyr
Enkle driftsforhold • Sikker registrering og fjernkontroll.
• Gode FDV rutiner
• Lett adkomst
Lav personellrisiko • Sikringsutstyr tilpasset valgt desinfeksjonsmetode

Det er viktig å avdekke svakheter gjennom risiko og sårbarhetsanalyser (ROS analyser).

Løsninger

KLOR SOM DESINFEKSJONSMIDDEL

Ulike klorprodukter som tilsettes vann spaltes i underklorsyrling (HOCl) og hypoklorittioner (ClO-1)

Blad 34, figur 2

Figur 2. Spalting av klor i forhold til pH og temperatur.

Nødvendig klordose og kontakttid for 99 % (2 log)inaktivering av E-coli vises i figur 3. (Etter ”Handbook of Clorination” av Clifford White 1972.)

Blad 34, figur 3

Figur 3. Klordose I forhold til kontakttid for å oppnå 99 % (2 log) destruksjon av E-coli.

KLORPRODUKTER

Aktuelle klorprodukter:

  • Natriumhypokloritt: NaOCl
    • Fabrikkprodusert
    • Produsert på stedet ved elektrolyse
  • Kalsiumhypokloritt Ca(OCl)2

Natriumhypokloritt-Fabrikkprodusert

Leveringsmuligheter for natriumhypokloritt:
• Kanner 25 liter
• Container/Palletank 1000 liter
• Bulk /Tankbil inntil 10000 liter

Aktiv klor ved leveranse er ca. 160 g Cl2/l, med en spes.vekt på ca. 1.22 kg/l. Aktiv klormengde reduseres ved lagring, slik det vises i figur 4.

Blad 34, figur 4

Figur 4. Reduksjon av aktivt klorinnhold i forhold til temperatur og lagringstid.

Holdbarheten øker ved uttynning, og når aktivt klorinnhold er 2 – 3 % blir tapet minimalt.

Natriumhypokloritt produsert på stedet ved elektrolyse

Prinsippet vises i figur 5.

Blad 34, figur 5

Figur 5. Prinsippet for produksjon av klor ved elektrolyse.

For produksjon av 1.0 kg aktivt klor trengs ca. 3-4 kg salt (NaCl) og 4 – 4.5 kWh energi. Ferdig produsert klor har et aktivt innhold på ca. 0,8 %, og derfor fås ikke tap under lagring.

Kalsiumhypokloritt

  • Leveres i pulverform
  • Aktivt klorinnhold 600 g/kg
  • Oppløselighet ved 20 C 60 g/l
  • Lagringsbestandig

Kalsiumhypokloritt benyttes sjelden som permanent desinfeksjonsmiddel, men ofte i tilknytning til reservekloring. Dette fordi produktet kan lagres uten tap av aktiv klor.

Kloramin

Når ammoniakk tilsettes klorert vann dannes kloraminer. Hvilke som dannes er avhengig av pH, og klormengde i forhold til ammonium-innhold

Monokloramin (NH2Cl):
NH4 + HOCl <–> NH2Cl + H2O +H+

Dikloramin (NHCl2):
NH2Cl + HOCl <–> NHCl2 + H2O

Trikloramin (NCl3):
NHCl2 + HOCl <–> NCl3 + H2O

For å unngå smak og luktproblemer tilstrebes monokloramin. Forholdet mellom ammoniakk og fri effektiv klormengde blir da ca. 1:5.

Kloramin har langt svakere desinfeksjonseffekt enn fri klor, men kloramins langtidseffekt gjør at den bidrar til redusert begroing i ledningsnettet.

OZON

Riktig brukt er ozon et effektivt desinfeksjons-middel. Ved ozonering av humusholdig vann vil det dannes biologisk nedbrytbart organisk stoff, og dette må fjernes for å hindre begroing i ledningsnettet. Aktuelle metoder er bio-filtrering og hensiktsmessig adsorpsjon (for eksempel filtrering gjennom aktiv kull).

Mengden ozon som må doseres er blant annet avhengig av:

  • Effektivitet ved overføring fra gass til vann
  • Mengden som oksideres
  • Krav til ozonoverskudd i forhold til smitte-stoffer som skal inaktiveres.

Som det framgår av tabell 1 er ozon et effektivt desinfeksjonsmiddel også mot parasitter.

UV- DESINFEKSJON

Blad 34, figur 6

Figur 6. Prinsipp av anlegg for UV-bestråling.

I figur 6 vises et enkelt prinsipp av anlegg for UV bestråling av vann. Vannmengden gjennom UV anlegget registreres, og reguleres, mens UV-sensorer kontrollerer at stråledosen er som forutsatt.

Definisjon av UV-stråledose

D = I x t

D = Stråledose i mWs/cm2 = mJ/cm2
I = Intensitet av UV-lyset mW/cm2
t = Bestrålingstid i sekunder

Graden av inaktivering (log-kreditt) er avhengig av den stråledosen mikroorganismene utsettes for.

Godkjenning av UV anlegg

UV anlegg som er godkjent av Folkehelseinstituttet / Mattilsynet er Biodosimetertestet for å klarlegge at de gir forventet effekt.

Ved Biodosimetri utsettes testorganismer for ulike UV-doser i kontrollerte lab. forsøk. Oppnådd inaktiveringsgrad (log-reduksjon) i forhold til UV-dose settes opp i en standard-kurve.

For UV anlegg som skal godkjennes måles oppnådd log-reduksjon for samme testorganisme.

Krav til UV-doser

I ”Veileder til Drikkevannsforskriften” gis følgende informasjon om UV-bestråling:

  • En stråledose på >30 mWs/cm2 anses å være en hygienisk barriere overfor bakterier,virus og parasitter(Refererer seg til beregnet verdi)
  • Dersom også bakteriesporer skal inaktiveresmå doseverdien være > 40mWs/cm2 (Refererer seg til målt verdi basert på dosimetertest.)

Det er viktig å være klar over at noen smittestoffer, blant annet ulike typer adenovirus, er svært motstandsdyktige overfor UV- stråler.

UV sammen med andre desinfeksjonsmidler

For å øke den hygieniske sikkerheten er det aktuelt å benytte klor/kloramin sammen med UV.

Kloramin produseres etter at kloren har virket for eksempel 30 min., noe som vil gi god desinfeksjonseffekt. Kloraminen har langtidseffekt, og vil begrense dannelsen av biohud i ledningsnettet.

Viktig informasjon ved anskaffelse av UV-anlegg

Informasjon som bør gis til tilbyderne:

  • Maksimal vannmengde som skal behandles.
  • Dimensjonerende UV-transmisjon / UV-absorbans.
  • Valideringsfaktor VF (”sikkerhetsfaktor”). Validert dose må tilfredsstille dosekravet
  • Effektiv dose 40 mWs/cm2 (mJ/cm2)
  • Lampetype (lav-eller mellom-trykk)
  • Vaskesystem for kvartsglassene
  • Det må klart framgå om følgende oppgaver skal inngå i tilbudet:.
    • Komplette UV aggregat inklusive montering og igangkjøring.
    • Komplett styresystem inklusive PLS og programering.
    • Komplett rørgalleri inklusive montering og merking.
  • Antall aggregat i parallell, og som hver forseg skal kunne avstenges automatisk:
    • Ved to aggregat bør hvert klare maks. kravet.
    • Ved tre aggregat bør to klare maks kravet
  • Grunnlag for, og hva som bør inngå i en eventuell driftsavtale. Bør for eksempel leverandøren overta driftsansvaret i ett gitt tidsrom?

Med tanke på økonomisk sammenligning bør tilbyderne, i tillegg til anleggskostnader, gi informasjon om:

  • Levetid for UV aggregatene
  • Levetid og kostnader for skifte av lamper og kvartsglass
  • Energibehov i forhold til UV-dose.
  • Andre forhold som påvirker driftskostnadene

Sammenligning av kostnader bør baseres på nåverdi og realrente.

KOSTNADER FOR DESINFEKSJON

I figur 7 vises eksempel på kostnader for klor- og UV-desinfeksjon (øre/m3) i forhold til årlig vannproduksjon.

Følgende inngår i kostnadene:

  • Alle investeringer knyttet til prosessutstyr, elektro og automasjon (Desinfeksjonsanleggene forutsettes plassert i eksisterende bygg)
  • Drift- og vedlikeholdskostnader

I figuren er det forutsatt et klorforbruk på 1.0 g/m3. Klorforbruket, etter vannbehandling som fjerner humus, er normalt ca.0.5- 0.6 mg/l.Kostnadene blir da ca. 60 % av angitt pris i figur 7.

Blad 34, figur 7

Figur 7. Kostnader for desinfeksjon. øre/m3 i forhold til årlig vannproduksjon.

Normalt vil det ikke lønne seg med egen klorproduksjon hvis årlig mengde er lavere enn 1000 kg effektiv klormengde/år.

Valget mellom bruk av fabrikkprodusert klor og produksjon på stedet ( ved elektrolyse) må baseres på grundige analyser.

VALG AV DESINFEKSJONSMETODE

Hensikten med desinfeksjon er å inaktivere smittestoffer (bakterier, virus og parasitter) slik at drikkevannet ikke fører til sykdom. Valgt løsning må baseres på kravet som stilles til log-kreditt for de ulike smittestoffene, og ses i sammenheng med øvrig vannbehandling.

Det må også vurderes om det er hensiktsmessig å se flere deinfeksjonsmetoder i sammenheng. Et alternativ er kombinasjonen UV bestråling og klor/kloramin, noe som vil bidra til redusert begroing i ledningsnettet.

Øvrige forhold som må tillegges vekt ved valg av desinfeksjonsmetode:

  • Anleggskostnad
  • Drifts- og vedlikeholdskostnad
  • Prosessoppbygging
  • Arbeidsrisiko
  • Områderisiko

 

 

Henvisninger Utarbeidet: Mars 1999 Inter Consult Group ASA v/R.Finsrud
/1/ Drikkevannsforskriften med vedlegg Revidert: Okt 2009 JOFI AS v/Roar Finsrud
/2/ Norsk Vann rapport 147