Pintavesilaitoksen saneeraus – tapausesimerkkinä Jouppilanvuoren laitos
Keski-Saari, Ilkka (2018)
Keski-Saari, Ilkka
2018
Rakennustekniikka
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-02-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201801261166
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201801261166
Tiivistelmä
This research was about comparing different methods of surface water treatment for potable water production. The focal points of the study were raw water supply, selection of best coagulant, and replacing chemical post-alkalization by limestone addition to the filter bed. The study was to verify some core base data to be used in the design of the renovation of Jouppilanvuori water treatment plant.
The purpose of potable water alkalization is to minimise water quality issues and extend pipe lifetime in water distribution networks by preventing corrosion. Limestone alkalization is a simple and safe way of alkalization, where need for maintenance is quite small. The weakness of the technology is the potential for microbiological problems caused by filter. The filter bed of mixed bed filtration consists of multiple filtration materials, for example sand and limestone.
Experimental part of study consists of three phases: coagulation experiments done in laboratory, pilot-tests focusing on flocculation and different filtration bed materials, and confirming the results by operating Jouppilanvuori water plant. Effectiveness of the water treatment process was measured by laboratory tests on samples taken from raw water, clarified water and filtered water. The results were evaluated by comparing to those of previous studies, and to national quality criteria and guidelines set for potable water.
Replacing the raw water intake was considered justified for better reliability and simplicity of operation due to more stable and slightly better quality of water of Kyrkösjärvi reservoir in comparison to present Seinäjoki river. Additionally, difference in implementation cost between renovation of old raw water intake and building a new one is smaller than anticipated because of the poor condition of the old intake. Flotation clarifiers of the Jouppilanvuori plant were running smoothly during the test runs, when PAX-XL60 was used as coagulant at a dosage as big as the permanganate index of raw water (mg/l) and pH 5.8 in the flotation. Mixed bed filter was working fairly well in the full-scale test runs. Filtered water had a pH of 7.5 and alkalinity no less than 0.46 mmol/l, so replacing chemical post-alkalization with mixed bed filters seems possible. Using PAX-XL60 and mixed bed filters after renovation of the water plant was recommended. The amount of carbon dioxide in raw water must be monitored and carbon dioxide added as necessary, to ensure effectiveness of limestone alkalization, which strongly depends on the amount of free carbon dioxide. Tutkimuksessa vertailtiin eri vaihtoehtoja pintaveden puhdistamiseksi talousvesikäyttöön keskittyen raakaveden hankintaan, saostuskemikaalin valintaan sekä kemiallisen jälkialkaloinnin korvaamiseen hiekkasuodattimiin lisättävällä kalkkikivellä. Tutkimuksen tavoite oli varmentaa eräitä Jouppilanvuoren vesilaitoksen saneeraussuunnittelun keskeisiä lähtötietoja.
Talousveden alkaloinnin tavoitteena on estää verkoston korroosiota sen käyttöiän pidentämiseksi ja veden laatuhaittojen minimoimiseksi. Kalkkikivialkalointi on yksinkertainen ja turvallinen alkalointimenetelmä, joka vaatii vähän huoltotoimenpiteitä. Menetelmän heikkoutena ovat kalkkikivisuodattimesta mahdollisesti aiheutuvat mikrobiologiset laatuongelmat. Mixed bed-suodattimen suodatinmassassa on sekaisin useampaa suodatusmateriaalia, esimerkiksi hiekkaa ja kalkkikiveä.
Työn kokeellisessa osassa oli kolme vaihetta: laboratoriomittakaavan saostuskokeet, koelaitteistolla tehdyt pilot-ajot, joissa tutkittiin sekä saostusta että erilaisia suodatinmassoja, ja varmentavat koeajot laitosmittakaavassa. Kokeissa saavutettuja käsittelytuloksia mitattiin raakavedestä, selkeytetystä vedestä ja suodatetusta vedestä otetuista näytteistä tehdyin laboratorioanalyysein. Tulosten tarkastelussa vertailtiin saavutettuja tuloksia aiempiin tutkimuksiin sekä talousvesiasetuksen talousveden laadulle antamiin vaatimuksiin ja suosituksiin.
Raakaveden ottopaikan vaihtaminen arvioitiin käsittelyprosessin toimintavarmuuden ja helppokäyttöisyyden kannalta järkeväksi, koska Kyrkösjärven tekoaltaan veden laatu on Seinäjokea tasaisempaa ja keskimäärin myös hieman parempaa. Lisäksi nykyisen raakavesipumppaamon heikon kunnon vuoksi vanhan pumppaamon saneerauksen ja uuden pumppaamon rakentamisen kustannusero arvioitiin nyt aiemmin oletettua pienemmäksi. Laitoksen oleva flotaatioselkeytys toimi koeajossa hyvin, kun saostuskemikaalina käytettiin PAX-XL60, annoksena joka oli raakaveden permanganaattiluvun (mg/l) suuruinen, ja flotaation pH:lla 5,8. Mixed bed-suodattimet toimivat laitosmittakaavan koeajossa kohtuullisen hyvin. Suodattimissa käsitellyn veden pH oli koeajoissa vähintään 7,5 ja alkaliteetti vähintään 0,46 mmol/l, joten laitoksen kemiallisen jälkialkaloinnin korvaaminen mixed bed-suodattimilla näytti olevan mahdollista. Laitoksella suositeltiin otettavaksi käyttöön PAX-XL60 ja mixed bed-suodatus saneerauksen yhteydessä. Raakaveden hiilidioksidipitoisuutta on seurattava ja tarvittaessa lisättävä hiilidioksidia suodattimille menevään veteen, jotta varmistetaan vapaasta hiilidioksidista riippuvaisen kalkkikivialkaloinnin riittävä teho.
The purpose of potable water alkalization is to minimise water quality issues and extend pipe lifetime in water distribution networks by preventing corrosion. Limestone alkalization is a simple and safe way of alkalization, where need for maintenance is quite small. The weakness of the technology is the potential for microbiological problems caused by filter. The filter bed of mixed bed filtration consists of multiple filtration materials, for example sand and limestone.
Experimental part of study consists of three phases: coagulation experiments done in laboratory, pilot-tests focusing on flocculation and different filtration bed materials, and confirming the results by operating Jouppilanvuori water plant. Effectiveness of the water treatment process was measured by laboratory tests on samples taken from raw water, clarified water and filtered water. The results were evaluated by comparing to those of previous studies, and to national quality criteria and guidelines set for potable water.
Replacing the raw water intake was considered justified for better reliability and simplicity of operation due to more stable and slightly better quality of water of Kyrkösjärvi reservoir in comparison to present Seinäjoki river. Additionally, difference in implementation cost between renovation of old raw water intake and building a new one is smaller than anticipated because of the poor condition of the old intake. Flotation clarifiers of the Jouppilanvuori plant were running smoothly during the test runs, when PAX-XL60 was used as coagulant at a dosage as big as the permanganate index of raw water (mg/l) and pH 5.8 in the flotation. Mixed bed filter was working fairly well in the full-scale test runs. Filtered water had a pH of 7.5 and alkalinity no less than 0.46 mmol/l, so replacing chemical post-alkalization with mixed bed filters seems possible. Using PAX-XL60 and mixed bed filters after renovation of the water plant was recommended. The amount of carbon dioxide in raw water must be monitored and carbon dioxide added as necessary, to ensure effectiveness of limestone alkalization, which strongly depends on the amount of free carbon dioxide.
Talousveden alkaloinnin tavoitteena on estää verkoston korroosiota sen käyttöiän pidentämiseksi ja veden laatuhaittojen minimoimiseksi. Kalkkikivialkalointi on yksinkertainen ja turvallinen alkalointimenetelmä, joka vaatii vähän huoltotoimenpiteitä. Menetelmän heikkoutena ovat kalkkikivisuodattimesta mahdollisesti aiheutuvat mikrobiologiset laatuongelmat. Mixed bed-suodattimen suodatinmassassa on sekaisin useampaa suodatusmateriaalia, esimerkiksi hiekkaa ja kalkkikiveä.
Työn kokeellisessa osassa oli kolme vaihetta: laboratoriomittakaavan saostuskokeet, koelaitteistolla tehdyt pilot-ajot, joissa tutkittiin sekä saostusta että erilaisia suodatinmassoja, ja varmentavat koeajot laitosmittakaavassa. Kokeissa saavutettuja käsittelytuloksia mitattiin raakavedestä, selkeytetystä vedestä ja suodatetusta vedestä otetuista näytteistä tehdyin laboratorioanalyysein. Tulosten tarkastelussa vertailtiin saavutettuja tuloksia aiempiin tutkimuksiin sekä talousvesiasetuksen talousveden laadulle antamiin vaatimuksiin ja suosituksiin.
Raakaveden ottopaikan vaihtaminen arvioitiin käsittelyprosessin toimintavarmuuden ja helppokäyttöisyyden kannalta järkeväksi, koska Kyrkösjärven tekoaltaan veden laatu on Seinäjokea tasaisempaa ja keskimäärin myös hieman parempaa. Lisäksi nykyisen raakavesipumppaamon heikon kunnon vuoksi vanhan pumppaamon saneerauksen ja uuden pumppaamon rakentamisen kustannusero arvioitiin nyt aiemmin oletettua pienemmäksi. Laitoksen oleva flotaatioselkeytys toimi koeajossa hyvin, kun saostuskemikaalina käytettiin PAX-XL60, annoksena joka oli raakaveden permanganaattiluvun (mg/l) suuruinen, ja flotaation pH:lla 5,8. Mixed bed-suodattimet toimivat laitosmittakaavan koeajossa kohtuullisen hyvin. Suodattimissa käsitellyn veden pH oli koeajoissa vähintään 7,5 ja alkaliteetti vähintään 0,46 mmol/l, joten laitoksen kemiallisen jälkialkaloinnin korvaaminen mixed bed-suodattimilla näytti olevan mahdollista. Laitoksella suositeltiin otettavaksi käyttöön PAX-XL60 ja mixed bed-suodatus saneerauksen yhteydessä. Raakaveden hiilidioksidipitoisuutta on seurattava ja tarvittaessa lisättävä hiilidioksidia suodattimille menevään veteen, jotta varmistetaan vapaasta hiilidioksidista riippuvaisen kalkkikivialkaloinnin riittävä teho.