Biofilm Lugt Svovl Korr Sund heds osion brint

Biofilm Lugt Svovl Korr Sund heds osion brint fare e Årsager til og konsekvens af, svovlbrinte dannet i trykledninger DANVA netværksgruppen vedrørende svovlbrinte 05061999123

Netværksgruppen vedr. svovlbrinte januar 2016 Officiel DANVA-netværksgruppe Formand Ulrik Folkmann, Hedensted forsyning, uf@hspv. dk Ø Ø Ø Ø Ø Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Hjørring Forsyning Aalborg Forsyning Vestforsyning Aarhus Vand Hedensted Forsyning Blue. Kolding FFV, Faaborg-Midtfyn Vandcenter Syd, Odense Aalborg Universitet Krüger 2

Agenda Hvorfor er svovlbrinteressant Ø Karakteristika Ø Problemets omfang Ø Hvad fremmer H 2 S Ø Hvor forekommer H 2 S Ø Spildevandets bestanddele Ø Hvordan dannes H 2 S Ø H 2 S og sundhedsfare Ø Korrosion Ø Forebyggelse og afhjælpning Ø Opsummering Ø Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 3

Hvorfor er svovlbrinteressant? Ø Det lugter Ø Det er sundhedsfarligt Ø Det nedbryder beton Ø Det nedbryder metaller Ø Det hæmmer renseprocesser på renseanlæg Vi bliver nødt til at forholde os til svovlbrinte, da det på enhver tænkelig måde er uønsket og omkostningsfuldt Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 cickk CClliilck C 4

Kemiske karakteristika Svovlbrinte Hydrogensulfid Dihydrogensulfid UN-mærkning Yderst brandfarlig Meget brandfarlig Brandfarlig Akut giftig Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Giftig for vandlevende organismer cickk CClil 5

De primære kilder til sulfat, SO 4 Ø Rengørings- og afspændingsmidler Ø Vaskepulver Ø Ø 2 - Utallige produkter til personlig pleje - sæber - shampooer - tandpasta - kosmetik Typiske betegnelser - Sodiumlaureth Sulfat (SLES) - Sodiumlauryl Sulfat (SLS) Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cl. Ci lick ck Cli 6

Ø Ø Spildevand er blevet mere sulfidholdig Problemerne bliver større r e fl id Su n o i s o t e g Ø rr ko Grænseværdi for korrosion Opløst sulfidkoncentration [mg/l] Er spildevand bare spildevand? Data courtesy of the City of L. A. , CA Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 7 Data provided by the City of Los Angeles

Stigende svovlbrinteproblemer Ø Vandmiljøhandlingsplanen - krav om bedre rensning Ø Benchmark - krav om effektivitet Ø centralisering Grønne afgifter - mindre vandforbrug Ø centralisering længere opholdstid Ændret spildevandssammensætning – mere sulfid Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli ckk CCliilcick Cl 8

Hvad fremmer dannelsen af svovlbrinte? Ø Lav iltkoncentration lavt redoxpotentiale (Ved et lavt redoxpotentiale vil andre stoffer end ilt oxidere organiske stoffer) Ø Lang opholdstid Ø Høj spildevandstemperatur Ø Stor koncentration af letomsætteligt BOD Ø Stor mængde kloakhud i trykledningerne Ø Lavt spildevandforbrug / tørke Ø Sediment i sumpe og rør Ø Transportsystemets design / overdimensionering Ø Industribelastning Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 9

Hvad påvirker dannelsen af svovlbrinte? Faktor Effekt Sulfatindhold i spildevandet > 5 g SO 42 -/m 3 Muliggør sulfiddannelse Spildevandets p. H er mellem 5, 5 og 9 Muliggør svovlbrintedannelse (almindeligt forekommende i spildevand) (normalt i almindelig spildevand) Lav iltkoncentration – lavt redoxpotentiale Fremmer sulfiddannelse Lang anaerob opholdstid – lille afstrømningsmængde Fremmer sulfiddannelse Utilstrækkelig selvrensning – meget kloakhud Fremmer sulfiddannelse Stort forholdstal mellem overfladeareal og volumen. Øger omsætningsraten Omsætningsraten i en ø 50 mm er omkring 3 gange højere pr. volumenenhed end i en ø 500 mm ledning. (Små dimensioner har stort A/V forhold og dermed meget biofilm) Meget letomsætteligt organisk stof, f. eks. kulhydrat Øger omsætningsraten Turbulent strømning – høje hastigheder Øger omsætningsraten Spildevandstemperaturen stiger med 1°C Omsætningsraten øges med 3% Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 10

Hvor forekommer svovlbrinte? Svovlbrinte er tilstede i Ø Luftfasen Ø Væskefasen - spildevandet Ø Sediment – frigives ved berøring Det kan være vanskelig at måle svovlbrintekoncentrationen, da målinger kan være meget upræcise Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Click 11

Hvad er ppm? Ø ppm er en forkortelse for part per million 1 / 1. 000 1 gram ud af et ton 1 minut ud af 1, 9 år 1 dråbe vodka i 200 l juice Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cclki Cli 12

Konsekvenser af sulfidkoncentrationer Subjektivt bud på konsekvens af sulfidkoncentrationer Opløst sulfidkonc. 2< 0, 5 mg S /l 20, 5 -2, 0 mg S /l >2, 0 mg S 2 -/l Sundheds- og /korrosionspotentiale Lavt - lille konsekvens Moderat - forventeligt problemer Høj - markante problemer Hvidtved-Jacobsen, 2002 H 2 S omregningsfaktorer ≈1. 450 ppm ≈350 ppm Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 1 ppm 1, 4 mg/m 3 10 ppm 14 mg/m 3 1 mg/m 3 0, 717 ppm 1 mg/l 717 ppm ck Click 13

Stiliseret transportsystem Oppumpningsbrønd Gravitationsledning Trykledning Svovlbrinte frigives til luft Pumpestation Tilløbsledning Svovlbrintedannelse Aerob zone Potentiel anoxisk zone Potentiel anaerob zone Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Geniltningszone ck Cli 14

Spildevandets bestanddele 2 - SO 4 NO 3 O 2 CHx NO 3 - 2 - CHx SO 4 CHx 2 SO 4 O 2 CHx O 2 CH CHx x NO 3 - CHx O 22 NO 3 2 SO 4 2 NO 3 SO 4 CH 2 CHx x CHNO SO 4 x 3 CHx O NO 3 2 CHx 2 NO 3 -2 SO 4 CHx SO 4 NO O 23 O 2 CHx O 2 NO 3 CHx SO 422 CHx SO 4 CHx O NO 3 CH 2 NO CHx x CH 3 x NO 3 CHx 2 NO 3 SO 4 CHx 2 O 2 SO 4 NO 3 CHx NO CH CH x 3 CHx x 2 NO 3 O 2 SO 4 2 SO 4 Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 • Trykledning fyldes med spildevand • I spildevand er der bl. a. - organisk stof CHx - ilt O 2 - sulfat SO 42 - nitrat NO 3 • På rørets inderside er der kloakhud • Bakterier i spildevand og kloakhud omsætter organisk stof, eksempelvis glycose C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + E ck Cli ick ck Cl Cli 15

Biofilm og bakterier Denitrificerende bakterier Aerob bakterier Væske Sulfatreducerende bakterier (basisk) Rørvæg Biofilm Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 16

Aerob omsætning af organisk stof - animation Denitrificerende bakterier Aerob bakterier Sulfatreducerende bakterier (basisk) CO 2 H 2 O H 2 O CO 2 Rørvæg Væske O 2 CHx Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Biofilm ck Cli 17

Aerob omsætning af organisk stof – statisk Denitrificerende bakterier Aerob bakterier Sulfatreducerende bakterier (basisk) H 2 O CO 2 Rørvæg Væske O 2 CHx Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Biofilm ick ck l Cli C 18

Anoxisk omsætning af nitrat - animation Denitrificerende bakterier Aerob bakterier Sulfatreducerende bakterier (basisk) N CO 22 H 2 O CO 2 N 2 O 2 Rørvæg Væske O 2 - NO CHx 3 O 2 NO O 3 2 CHx Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Biofilm liclikck CC 19

Anoxisk omsætning af nitrat - statisk Denitrificerende bakterier Aerob bakterier Sulfatreducerende bakterier (basisk) N 2 CO 2 N 2 H 2 O CO 2 Væske O 2 Rørvæg - NO CHx 3 O 2 NO O 3 2 CHx Biofilm ck Cli Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 20

Anaerobe forhold - sulfat reducerende bakterier - H 2 S HS +H + Denitrificerende bakterier + 2 Sulfatreducerende Aerob bakterier (basisk) 2 H+S • Opløste sulfider optræder i flere former, nemlig: H 2 S, HS- og S 2 -. • Tilstanden/formen er afhængig af p. H • I praksis er S 2 - ikke interessant, da det forudsætter p. H > ca. 12 • H 2 S er den mest reducerede form for svovl, da det ikke kan optage flere elektroner S 2 H 2 S HO CO 22 HS- S 2 - HS H 2 OCO 2 Rørvæg Væske CHx-opl Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 SO 4 2 - CHx-opl 2 - SO 4 Biofilm ck k Clic licickickk c. Ck. CCl l i l C 21

Anaerobe forhold - sulfat reducerende bakterier statisk - H 2 S HS+H + + 2 H +S • Sulfatreducerende bakterier vokser langsomt • Bakterierne findes kun i kloakhuden/biofilmen • H 2 S dannes primært ved bakteriel oxidation af organisk stof under iltfrie forhold. Ved oxidation optages ilt, og der afgives brint. Sulfatreducerende bakterier (basisk) 2 - S 2 H 2 S HO CO 2 2 HS- S 2 - HS H 2 OCO 2 Rørvæg Væske CHx-opl SO 4 2 - CHx-opl 2 - SO 4 Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Biofilm ick ck l Cli C 22

Relation mellem p. H og opløst sulfids form 80 Dihydrogensulfid H 2 S Svovlbrinte Hydrogensulfid HS- Typisk p. H for spildevand Procentandel 100 60 40 Sulfid S 2 - 20 0 4 5 6 7 8 9 p. H Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 10 11 12 13 14 ck Cli 23

Stofkoncentrationer gennem biofilmen Denitrificerende zone Aerob zone Væske Sulfatreducerende zone (basisk) Konc. CHx opløst SO 42 NO 3 O 2 Rørvæg Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli k c kk Cli CCCllilicicck 24

Sundhedsfare Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Proces 4 25

Grænseværdier, koncentrationer og effekter Effekter Lugtgrænse Koncentrationer i atm. (ppm) 0, 0001 -0, 002 Ubehagelig lugt 3 -5 Hygiejnisk grænseværdi pr. arbejdsdag 10 Alvorlig synspåvirkning 5 50 -100 Inaktivering af lugtesanser 150 – 250 Livsfarlig væskesamling i lungen 300 - 500 Stærk påvirkning af nervesystemet og død 500 - 1000 Umiddelbart respirationsstop og død 1000 - 2000 Eksplosionsrisiko Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 4. 300 - 46. 000 ck Click 26

Hvorfor skal vi forholde os til svovlbrinte? Sundhedsaspekt Ø Det er ildelugtende fra 2 ppm Ø Hygiejnisk grænseværdi 5 ppm Ø Det er giftigt fra 50 ppm Ø Man kan dø af det fra omkring 300 ppm H 2 S inaktiverer de jernholdige enzymer, der styrer åndedrættet. Det resulterer i vejrtrækningsbesvær, iltmangel og måske kvælning. Ø I små doser kan svovlbrinte være sundhedsgavnlig Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 27

Forgiftningsfare Ø Svovlbrinte er den næst giftigste gas Ø Den giftigste er blåsyre eller hydrogencyanid De hygiejniske grænseværdier er : - 5 ppm for blåsyre / hydrogencyanid - 5 ppm for svovlbrinte Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli ck l Ccki Cli 28

Helbredspåvirkninger Lammelse af lugtesansen Irritation og synsnedsættelse Funktionsnedsættelse Lugtesansen Lever Øjnene Lammelse af åndedrætskontollen Vand i lungerne Lungerne Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Åndedrætscenteret ck Cli k ck li k c. C lilcick CC Cl 29

Helbredspåvirkninger Ø Tid (hvor lang tids påvirkning) Ø Koncentration (hvor meget) Ø Samtidig påvirkning af ammoniak Ø Frekvens (hvor ofte) Ø Personens helbredstilstand Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 lcikck CCli 30

Almen helbredstilstand Ø Alder Ø Kropsvægt Ø Fysik / kondition Ø Alkohol- og stofmisbrug Ø Rygning Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 31

Farlige steder Oppumpningsbrønd Gravitationsledning Trykledning Pumpestation Svovlbrinte frigives til luft Tilløbsledning Svovlbrintedannelse Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 32

Fra vand H 2 S Det er kun svovlbrinte som overgår til luftfase H 2 S CHx H 2 S S H 2 S CHx 2 - HS H 2 S 2 CHx S 2 - 2 - . S H 2 S CHx S 2 - CHx H 2 S H S 2 H 2 S CHx H 2 S 2 H 2 S CHx S H 2 S S 2 - 2 - CHx 2 S H 2 S CHx H 2 SS H 2 S S 2 -CHx H 2 S CHx Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 CHx . H 2 S H 2 S CHx H 2 S H 22 -S H 2 S 2 CHx S S H 2 S 2 CHx 2 H 2 S S CHx H 2 S 2 - 2 2 - H 2 S S 2 H 2 SS 2 - CH H 2 S x S CHx S H 2 S CHx CH CHx S 2 - . x ck Cli 33

Fra sediment ck Cli Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 34

Korrosionsrisiko Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Proces 4 35

Hvornår bliver svovlbrinte korrosiv? O 2 O 2 H 2 S CHx H 2 S S CHx CHx 2 - HS - H 2 S S 2 - HS H 2 S - . CHx H 2 S S O 2 O 2 O 2 . 2 - CHx H 2 S S 2 CHx H 2 S S HS- CHx 2 - CHx S 2 - HS- H 2 S S 2 - Bakterier O 2 O 2 CHx S H 2 S 2 - . CHx S 2 - O 2 H 2 S CHx O 2 O 2 O 2 H 2 S 2 CHx S 2 HS CHx HSS S H S CH CH 2 x x CHx 2 CHx H S 22 S 2 CH x H 2 SS S 22 - CH CHx HS CHx S HSS- CH HS 2 - CHx Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 CHx - H 2 S S . 2 - x CHx k lilcick CC ck Cli 36

Hvornår bliver svovlbrinte korrosiv? H 2 SO 4 O 2 H 2 S O 2 H SO H 2 S H S 2 4 Svovlsyre 2 O 2 O H 2 SO 4 2 O 2 H 2 S O 2 H 2 SO 4 H S 2 Bakterier H 2 S O 2 H 2 SO 4 H 2 S O 2. H 2 S H 2 SO 4 O 2 H 2 SO 4 H 2 S O 2 H SO 2 H 2 S H 2 S O 2 2 2 O 2 H 2 S O 2 H S O 2 2 H 2 S O 2 ck Cli Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 37

Svovlsyre og korrosion Beton Tilslag Gips Kilde: Aalborg Universitet, Asbjørn Haaning Andersen Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 38

p. H og korrosion 7 Frisk beton p. H ≈12 Kaboneret beton ≈Neutral Gips p. H≈0 Fortæringsdybde i betonrør 50 mm 6 200 år 100 år 4 50 år 3 Korrosivt område Overflade p. H 5 20 år 2 1 0 0. 01 0. 1 0, 25 0, 5 1. 0 Korrosionshastighed (mm/år) Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 2. 5 10 Kilde: L. A. County San District ck Cclik Cli 39

p. H og korrosion 7 6 Fortæringsdybde i betonrør 50 mm Betydende korrosion ved p. H < 4, 0 5 2 1 0 200 100 6, 25 mm/år 0, 5 mm/år Overflade p. H 3 50 Funktionslevetid ud fra korrosionshastighed (år) Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 20 Korrosivt område 4 8 Source L. A. County San District 40 ck Cli

Korrosion og levetidsforkortelse Svovlbrinte reagerer med metaller Ø El-installationer Ø Frekvensomformere Ø Tavleanlæg Ø Måleudstyr Levetiden forkortes Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 41

Korrosionsrisiko Konsekvensen af at overflade p. H reduceres fra 4, 0 til 2, 0 er en stigning i levetidsomkostningerne på 1. 250% Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Proces 4 42

Beregning af dannet sulfidmængde Et estimat på sulfidmængde kan f. eks. beregnes ud fra: Ø Ø Trykledningslængde og -dimension Spildevandssammensætning, –mængde, døgnvariation og temperatur Ø Indsivningsmængde og temperatur Ø Andelen af letomsætteligt opløst organisk stor i spildevandet Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 43

Forebyggelse og afhjælpning Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 Proces 4 44

Forebyggelse Ø Minimere trykledningslængde - tracévalg med omtanke Ø Minimere stilstandstid - frekvensregulere pumper Ø Kort opholdstid - minimere ledningsdimensioner Ø Iltholdigt spildevand - dosere nitrat eller iltholdig gas Ø Eliminere sulfat - fældning med metal-ioner Ø Hæve p. H >8, 5 - forhindre dannelse af svovlbrinte Ø Designer bakterier - bakteriologisk forebyggelse Ø Fjerne kloakhud – minimere stofomsætning Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 45

Accept og gene-reduktion Ø Lade stå til Ø Ventilere / filtrere luft - minimere gener Ø Offerledninger - accelereret nedbrydning af investering Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 ck Cli 46

Opsummering Ø Ø Ø Ø Ø Sørg for tilstrækkeligt beslutningsgrundlag! Find det rigtige tracé! Gå ikke på kompromis med arbejdsmiljøet! Inddrag levetidsomkostningerne i planlægningsfasen! Vælg enkle løsninger med høj driftssikkerhed! Fokuser på helheden, ikke på komponenter! Byg pumpestationen der er behov for! Indkør pumpestation struktureret Løbende overvågning af driftstilstanden Tilse og vedligehold pumpestationen Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 47

Opsummering Ø Der er ingen metode er den rigtige Ø Valg af metode afhænger af hele transportsystemet Ø Løsninger og tiltag skal bl. a. vægtes ud fra: - arbejdsmiljø - renseanlæg - økonomi - driftssikkerhed - ledningssystemet - tid til behandling af klager - mv. Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 48

Spørgsmål ? Svovlbrinte netværket – Generel præsentation af svovlbrinte - KEP - Januar 2016 49