Monoklooriamiiniklooraus vedenpuhdistuksessa

Abstract

Opinnäytetyö toteutettiin Helsingin seudun ympäristöpalveluiden (HSY) vedenpuhdistuksen käyttölaboratoriossa. Työssä tarkasteltiin monoklooriamiinin käyttäytymistä vedenpuhdistusprosessissa ja jakeluverkostossa sekä kloori-ammoniakkisuhteiden vaikutusta monoklooriamiinipitoisuuteen. Työssä validoitiin uusi menetelmä monoklooriamiinin ja vapaan ammoniakin pitoisuuksien määrittämiseksi. Menetelmä perustuu HACH:n pikamenetelmään 10200.

Menetelmän validointia varten tutkittiin menetelmän lineaarisuus, määritys- ja toteamisraja, oikeellisuus ja mittausepävarmuus MUkit-ohjelmalla. Uuden menetelmän tuloksia verrattiin vanhojen menetelmien kokonaisammoniakki- ja kokonaiskloorituloksiin. Yhdisteen käyttäytymistä vedenpuhdistusprosessissa tutkittiin ottamalla näytteitä puhdistusprosessin eri kohdista ammoniakki- ja natriumhypokloriittisyöttöjen jälkeen. Säädeltiin kloori-ammoniakkisyöttösuhdetta ja tutkittiin sen vaikutusta monoklooriamiinin ja vapaan ammoniakin pitoisuuksiin. Verkostonäytteitä mitattiin Helsingistä, Espoosta ja Vantaalta.

Validointitulosten perusteella menetelmä on luotettava ja voidaan ottaa käyttöön. T-testi osoitti, että ammoniakin vanhan ja uuden menetelmän tulokset eivät eroa tilastollisesti merkitsevästi luottamustasolla 95 %. Vedenpuhdistuslaitoksilla muutettiin hieman kemikaalien syöttösuhteita. Tulokset osoittivat, että lähes kaikki kloori sitoutuu monoklooriamiiniksi. Vedenpuhdistuslaitosten mittauksista näkee, kuinka monoklooriamiinipitoisuus laskee veden edetessä prosessissa. Kun kloori-ammoniakkisuhteiden vaikutusta seurattiin kontrollinäytteiden avulla, vastasivat tulokset kloori-ammoniakkisuhteen teoreettista käyttäytymistä. Kontrollinäytteiden tuloksissa ei havaittu kuitenkaan selkeää breakpoint-kohtaa. Tämä saattaa johtua kontrollinäytteiden pienistä pitoisuuksista. Verkostonäytteistä voidaan todeta, että mitä pidempi etäisyys on vedenpuhdistuslaitokselta näytteenottopisteelle, sitä pienempi on myös monoklooriamiinipitoisuus. Bakteerien määrä putkistoissa vaikuttaa vahvasti monoklooriamiinipitoisuuteen. Vaikka etäisyys vedenpuhdistuslaitokselta ei olisi pitkä, voi bakteeritoiminta vähentää monoklooriamiinipitoisuutta hyvinkin paljon.

This study was conducted for Helsinki Region Environmental Services Authority HSY. The aim was to validate the new method for determining monochloramine and free ammonia from water samples. The method is based on HACH method 10200. The behavior of monochloramine in water treatment process and distribution network and effect of the chlorine-ammonia ratio on monochloramine concentration was also studied.

The linearity, determination and detection limit, validity and measurement uncertainty by MUkit program were measured to validate the method. Results from the new method were compared to results of old methods (total chlorine and total ammonia). Behavior of monochloramine in water treatment was studied by taking samples from different points of water treatment process. Distribution network samples were taken from Helsinki, Espoo and Vantaa.

By the validation results the method for determining monochloramine and free ammonia is statistically reliable. According to t-test, results of the old and new ammonia method do not differ statistically significantly at the confidence level of 95 %. The chemical inputs were slightly changed in water treatment plants. The results showed that almost all chlorine binds to monochloramine. The results of water treatment plants show how the concentration of monochloramine decreases as water progresses in the process. When the effect of chlorine-ammonia ratio was monitored by control samples, the results of controls corresponded to the theoretical behavior of chorine-ammonia ratios. The controls didn’t show a clear breakpoint. This may be due to the low concentrations of controls. In the distribution network samples, the longer the distance from the water treatment, the lower the concentration of monochloramine. The number of bacteria in the pipelines also strongly affects the concentration of monochloramine. It can be noticed that in some places closer to the water treatment, there are considerably lower concentrations of monochloramines.