Removal of hardness from groundwater with nanofiltration : Case study: Meri-Lapin Vesi Oy

Abstract

This thesis was done for Meri-Lapin Vesi Oy. It studied the removal of hardness from groundwater with nanofiltration. The thesis continued the testing of nanofiltration that was already done a few years ago in Meri-Lapin Vesi. The focus of the thesis was on evaluating the operational costs of the nanofiltration in Meri-Lapin Vesi case and on eliminating the error factors of the previous study.

The new tests were done in Meri-Lapin Vesi facilities in spring 2016. DOW FilmTech nano-filtration membrane NF90-4040 was tested in two different cases for groundwater. The pilot scale filtration rig was added to the end of the current treatment process to see how it removes hardness.

The feed water contains a large number of hardness ions: calcium and magnesium. Also iron and manganese are still found in the feed water. The current process in the plant for the ground water is an iron and manganese removal process. The nanomembranes had a hardness removal rate over 99 %. A recovery rate of approximately 72 % was obtained at Meri-Lapin Vesi condition when a recovery rate of 80 % was aimed at. The system was driven at a flux rate of 30 – 60 l/m²h.

Some difficulties with the water quality that Meri-Lapin Vesi has were encountered. For example the fouling of the membranes was noted to be a problem. This was assumed to be due to the organic matter since the feed water permanganate value was at the upper end of the quality recommendation. Otherwise, the nanofiltration suits well for softening the water Meri-Lapin Vesi uses.

An operational cost evaluation was made for the filtration system that was used in the tests. Calculations were made based on the results of the tests. The estimated price fitted in the price range of other studies that are made around the world. Nevertheless, operational costs in the other studies are not fully comparable with each other or to this study. This is due to the fact that the studies have been conducted in a large time span in several different countries.

Tämä opinnäytetyö tehtiin Meri-Lapin Vesi Oy:lle. Opinnäytetyössä tutkittiin nanosuodatuksen soveltuvuutta kovuuden poistoon pohjavedestä. Opinnäytetyö on jatkumoa muutama vuosi aikaisemmin suoritettuihin testeihin, joissa Meri-Lapin Vesi koeajoi nanosuodatusta. Työssä keskityttiin tutkimaan nanosuodatuksen käyttökustannuksia Meri-Lapin Veden tapauksessa. Tavoitteena oli saada eliminoitua edellisten kokeiden virhe tekijät, jotta käyttökustannukset nanosuodatukselle saadaan laskettua.

Uudet kokeet tehtiin Meri-Lapin Veden tiloissa keväällä 2016. DOW FilmTechin NF90-4040-nanosuodatuskalvoja koeajettiin kahdella eri laatuisella pohjavedellä. Pienen mittakaavan nanosuodatuslaitteisto lisättiin koeajon ajaksi laitokselle. Laitteisto sijoitettiin nykyisen käsittelyprosessin jälkeen, testaamaan kovuuden poistoa.

Syöttövedessä on paljon kovuutta aiheuttavia kalsium- ja magnesiumioneita. Myös rautaa ja mangaania on havaittavissa syöttövedessä. Laitoksen nykyinen prosessi pohjaveden käsittelyssä on raudan ja mangaanin poistoprosessi. Nanosuodatus poisti yli 99 % kovuusioneista. Koeajoissa tavoiteltiin 80 %:n saantoa, mutta koeajojen saanto jäi keskiarvol-taan noin 72 %:iin. Suodatusta ajettiin noin 30 – 60 l/m²h vuolla.

Koeajojen aikana todettiin muutamia hankaluuksia syöttöveden kanssa. Suodatuskalvojen tukkeutuminen osoittautui ongelmalliseksi. Tämän oletettiin johtuvan vedessä olevasta orgaanisesta aineesta, sillä syöttöveden permanganaattiluku oli laatuvaatimuksien ylärajalla. Muuten nanosuodatus toimi hyvin Meri-Lapin Veden olosuhteissa ja poisti hyvin kovuutta.

Käyttökustannustarkastelu tehtiin suodatusjärjestelmälle, jota käytettiin koeajoissa. Laskelmat tehtiin koeajon tuloksien pohjalta. Laskelmien perusteella saadut käyttökustannukset sopivat hintahaarukkaan, joka perustuu muista nanosuodatustutkielmista saatuihin tuloksiin. Tämän tutkimuksen ja muiden tutkimuksien käyttökustannukset eivät kuitenkaan ole suoraan verrannollisia keskenään. Tämä johtuu siitä, että tutkimukset ovat tehty erittäin laajalla aikavälillä ja ympäri maailmaa. Käyttökustannusten vertailu on enemmänkin suuntaa-antava.