En pilotanläggning för ultrafiltering testas nu i Norrvattens reningsprocess för att undersöka ifall den kan användas som en tredje mikrobiologisk barriär i reningsprocessen. Målet med detta projekt är att testa membranets kapacitet att filtrera bort viruspartiklar men även membranet generella reduktionsförmåga för andra mikrobiologiska och kemiska kontamineringar. För att hitta lämpliga kandidater att använda sig av för att mäta reduktionskapaciteten av membranet har en litteraturstudie samt experimentell testning av råvattnet genomförts. OD mätningar på bakteriekulturer samt plackbildandeenheter (PBE) har undersökt för att se om bakteriofager kan finnas i proven. Ungefär 9000 L av ingående och utgående vatten från ultrafilteringen har koncentrerats med hjälp av ett elektropositivt filter som senare har eluerats och ultracentrifugerats. Pellet från ultracentrifugeringen har testat för virusdetektion med hjälp av PCR, qPCR samt PBE. TOC och absorbansmätningar har också genomförts på ingående och utgående vatten från ultrafiltermembranet. Slutligen utfördes ett bänkskaleexperiment för att undersöka hur väl filtret reducerade MS2 fager i utgående vatten. Den inledande testningen visade att plantviruset PMMoV och Pseudomonas fager kan vara bra kandidater att använda sig av för att mäta virusreduktionen över ultrafiltermembranet. När elueringen från ultrafiltreringen testades indikerades en minskad DNA koncentrationen över ultrafiltermembranet med hjälp av Qubit-mätningar. Testningen visade även indikation på att PMMoV reduceras över membranet samt att Pseudomonas fager kan finnas i vattnet. TOC och absorbansmätningarna visade en konstant reduktion över membranet. I bänkskaleexperiment borde enlig teori alla fager stoppas av membranet eftersom viruset är större än porstorleken 20 nm, dock visade experimentell testning på att fager även fanns i utgående vatten från filteringen. Resultat av studien indikerar att mikrobiologiska och kemiska kontamineringar tas bort av membranet, dock för att bestämma den exakta virusreduktionen över membranet och ifall alla kontamineringar större än filters porstorlek (20 nm) tas bort kräver vidare testning.  E. coli fager, som i Livsmedelverket nya restriktioner används för att undersöka mikrobiologiska risker i vattenreningsprocesser, har också testats under studien på vattnet utan positiva utslag. Det kan därför vara av intresse att även undersöka andra fager, så som Pseudomonas fager för att kontrollera dem mikrobiologiska riskerna med vattenrening. / The present study was investigating the effectiveness of the ultrafiltration membrane as third biological barrier in Norrvattens drinking water treatment process, using a pilot scale model. This project aims to test the viral reduction capability of the membrane but also to remove other microbiological and chemical contaminants. To find suitable candidates for measuring the reduction capability, literature research has been performed as well as experimental testing of the raw water coming into the treatment plant and the backwash water from the membrane. Bacterial growth analysis using optical density (OD) measurements and plaque forming unit (PFU) has been performed to investigate the presence of bacteriophages. Approximately 9000 L of incoming and outgoing water from the ultrafiltration membrane has been concentrated using an electropositive membrane which then was eluted and ultracentrifuged. The pellet from ultracentrifugation has been tested for viral detection with PCR, qPCR and plating. TOC and absorbance measurement was also performed on the ingoing and outgoing water from the ultrafiltration pilot plant. Finally, a bench-scale experiment was performed using MS2-spiked water to investigate how well the filter reduced MS2 phages in the outgoing water.  The initial testing of the raw and backwash water showed that the plant virus Pepper Mild Mottle Virus (PMMoV) and Pseudomonas phages may be good candidates to use when evaluating the ultrafiltration membrane. When testing the eluate from the ultrafiltration pilot plant a reduction was seen in the starting DNA concentration when comparing the inlet and outlet water to the ultrafiltration pilot plant. The testing gave indications of a reduction of PMMoV and presence of Pseudomonas phages. The bench-scale experiment was hypothesized to stop all viral particles since according to theory the virus should be stopped by the membrane due to its pore size, but experimental testing indicated viruses in the outgoing water from the membrane as well. TOC and absorbance measurements showed a constant reduction over the membrane. The result of the study indicates that microbiological and chemical contaminants are removed by the filter, however, to determine the exact viral reduction potential of the filter and if all contaminant over the size of 20 nm is removed further testing is required.  No indications were seen for Escherichia coli (E. coli) phages in the water throughout the study, which in Livsmedelverket’s (The National Food Agency) new regulations is used for determining the microbiological risks in water treatment processes. It may be of interest to investigate the possibility to also look for other type of phages to determine the microbiological risks, for example Pseudomonas phages which has been seen in this study.

The small village Chonyonyo, in the district Karagwe in the northwest of Tanzania has a shortage of safe drinking water. Women and children spend several hours a day fetching water and gathering firewood to boil the water to make it more suitable for drinking. The need of new sustainable water supply solutions is fundamental for providing more people with safe drinking water.   Two water distribution alternatives was suggested by Engineers Without Borders and MAVUNO as possible solutions to supply the community with water.  Alternative 1 consisted of a 10 km distribution system from an already existing groundwater well at the MAVUNO office to Chonyonyo. Alternative 2 consisted of a 3.5 km distribution system from the most neighboring valley to Chonyonyo, where no groundwater well exists today. Both alternatives would be powered by solar panels and operated six hours a day. The most sustainable distribution solution was chosen by modeling the distribution alternatives in the modeling software EPANET. Input parameters to simulate the model were position, elevation and dimension of storage tanks and pipes. Other required input parameters were absolute roughness, water withdrawal, operation hours, description of the withdrawal pattern for the water outlet and other modelling conditions such as a suitable simulation time. The selection of water distribution system was based on minimum requirements of energy used for operation weighed with lowest possible water residence time in the storage tank. Water quality analyses of the raw water source for distribution alternative 1 were performed in order to classify the water and select suitable water treatment solutions. The analyses consisted of microbiological and metal/metalloid analyses, and measurements of EC and pH. The result of the simulation showed that neither of the distribution alternatives met all the pipe design criteria. The main reason is that the system can not be constantly operated. If this criterion is excluded the optimal solution is distribution alternative 1 with an outer pipe diameter of 110 mm throughout the whole distribution system and a water residence time in the storage tank of 57.1 hours. The water quality analysis showed that the ground water source for distribution alternative 1 was affected by surface water and is thus classified as unusable because of high levels of harmful bacteria and lead. The most suitable water treatment solution due to the aspects of sustainable water supply are the microbiological barriers ultrafiltration and UV-light in combination with a treatment method to remove lead from the water. / I samhället Chonyonyo i distriktet Karagwe i nordvästra Tanzania råder brist på säkert dricksvatten. Kvinnor och barn spenderar flera timmar om dagen för att hämta vatten och samla ved för att koka vattnet så att det blir säkrare att dricka. Behovet av nya hållbara vattenlösningar är fundamental för att kunna försörja fler människor med säkert dricksvatten.   Två vattendistributionsalternativ lades fram av Ingenjörer utan gränser och MAVUNO som möjliga lösningar för att försörja invånarna i Chonyonyo med dricksvatten. Alternativ 1 bestod av ett 10 km distributionssystem från en befintlig grundvattenbrunn vid MAVUNO:s kontor. Alternativ 2 bestod av ett 3.5 km distributionssystem från den närmaste dalen till samhället Chonyonyo, där det inte finns någon befintlig grundvattenbrunn. Båda alternativen kommer att drivas av solpaneler och vara under drift sex timmar per dygn. Det lämpligaste distributionsalternativet valdes ut genom simulering i mjukvaran EPANET. Ingångsparametrar för simuleringen var bl.a. position, höjd och dimension på reservoarer och ledningar. Ytterligare nödvändiga parametrar var skrovlighet på ledningar, storlek på vattenuttag, antal driftstimmar, uttagmönster från vattenkranar i systemet samt andra modelleringsförhållanden såsom en lämplig simuleringstid. Valet av distributionssystem grundades på lägsta möjliga energibehov för drift viktat mot lägsta möjliga uppehållstid i vattenreservoarerna.   Kvalitetsanalyser av råvattnet för distributionsalternativ 1 genomfördes för att klassificera vattnet och göra lämpliga val av vattenreningslösningar. Analyserna omfattade mätning av ett antal mikrobiologiska parametrar, metaller/metalloider samt EC och pH. Simuleringen visade att ingen av alternativen kunde uppnå alla designkriterierna. Huvudorsaken till det är att systemet endast är i drift periodvis. Bortsett från dessa kriterier var det optimala lösningen distributionsalternativ 1 med en yttre rördiameter på 110 mm genom hela systemet med en maximal uppehållstid i vattenreservoaren på ca 57 timmar.   Analyserna visade att grundvattnet var ytvattenpåverkat och klassificeras som otjänligt med höga nivåer av skadliga bakterier och bly. De lämpligaste vattenreningslösningarna i förhållande till hållbarhetsaspekterna var de mikrobiologiska barriärerna ultrafiltrering och behandling med UV-ljus kombinerat med en reningsmetod för att avskilja bly från vattnet.

Norrvatten is a municipal association which owns a water treatment plant capable of supplying good quality drinking water to the consumers in the associated neighbouring municipalities. After preliminary investigations for the future year of 2050, there were estimates which suggest a potential water quality degradation in the lake which supplies the raw water for treatment due to uncertain future climatic conditions and other forms of pollutions from the surrounding. There is also a forecast of future population increase in the respective neighbouring municipalities of Stockholm county, which consequently increases the demand for additional quantity of supplied drinking water. The supplied drinking water, which even though is currently acceptable by the standards set by Swedish Food Agency, still requires additional advanced treatment techniques in order to provide an upscale to its quality. This increase in water quality can be achieved by increasing the natural organic matter removal treatment techniques in the water treatment plant by implementing more chemical and microbiological barriers. Norrvatten has proposed several alternative water purification methods, out of which one of them can be implemented in the water treatment plant, after an expansion in the capacity of the plant to achieve all the above-mentioned requirements.  A case study has been performed at Norrvatten in Stockholm, Sweden for evaluating the environmental performance of the proposed treatment alternatives. This study adopts a cradle-to-gate life cycle assessment methodology to analyze the alternatives using stand-alone and comparative assessment methods. An explicit focus is given with the selection of 15 different environmental categories to assess the related environmental burdens. The various hotspots identified from the analysis is investigated and identified to find the associated trade-offs with the alternatives under study. Additional parameter changes have been made in the alternatives to apprehend how the impacts change accordingly.  The various hotspots identified from the results of the study were, the utilization of granular activated carbons for filtration, the consumption of aluminium sulphate for coagulation, the consumption of soda if iron chloride is selected as the main coagulant, the consumption of electricity in the WTP by nanofiltration process, hydropower from pumped storage and the use of heavy trucks for transporting chemicals from suppliers to the site. Other aspects and assumptions from conducting a sensitivity analysis indicated that there are possibilities to decrease the impacts through the following changes. By switching the main coagulant from aluminium sulphate to iron chloride to decrease the major resource depletion and human health impacts with a trade-off increase in impacts from an increased production of soda for chemical consumption. By switching the current purchase of electricity, from a green energy mix to the Swedish grid mix, to greatly improve the environmental performance of the treatment plant. This energy change was observed to result in the reduction of global warming potential from CO2 emissions. Other changes which can be implemented to reduce the overall environmental impacts are switching from fuel- based transportation trucks to electric trucks and switching chemical suppliers from outside Sweden to suppliers located near or within Sweden, closer to the water treatment plant. / Norrvatten är en kommunförening som äger en vattenreningsanläggning som kan leverera dricksvatten av god kvalitet till konsumenterna i de angränsande grannkommunerna. Efter preliminära undersökningar för det kommande året 2050 fanns det uppskattningar som tyder på en potentiell nedbrytning av vattenkvaliteten i sjön som ger råvattnet för behandling på grund av osäkra framtida klimatförhållanden och andra former av föroreningar från omgivningen. Det finns också en prognos om framtida befolkningsökning i respektive grannkommuner i Stockholms län, vilket följaktligen ökar efterfrågan på ytterligare mängd levererat dricksvatten. För närvarande levererat Dricksvatten, som trots att det är acceptabelt enligt de standarder som fastställts av Livsmedelsverket, kräver ytterligare avancerade behandlingstekniker för att ge en förbättring av dess kvalitet. Denna ökning av vattenkvaliteten kan uppnås genom att öka de tekniska behandlingsteknikerna för avlägsnande av organiskt material i vattenreningsverket genom att implementera fler kemiska och mikrobiologiska barriärer. Norrvatten har föreslagit flera alternativa vattenreningsmetoder, varav en av dem kan implementeras i vattenreningsverket, efter en utvidgning av anläggningens kapacitet att uppnå alla ovannämnda krav.  En fallstudie har utförts vid Norrvatten i Stockholm för att utvärdera miljöprestanda för de föreslagna behandlingsalternativen. Denna studie använder livscykelanalys för att analysera alternativen. Ett uttryckligt fokus ges med valet av 15 olika miljökategorier för att bedöma relaterade miljöbördor. De olika hotspots som identifierats från analysen undersöks och identifieras för att hitta tillhörande avvägningar med alternativen som studeras. Ytterligare parameterändringar har gjorts i alternativen för att förstå hur effekterna förändras i enlighet därmed.  De olika hotspots som identifierats från resultaten av studien var användningen av grandulerat aktivt kol för filtrering, konsumtionen av aluminiumsulfat för koagulering, konsumtionen av läsk om järnklorid väljs som huvudkoaguleringsmedel, förbrukningen av el i vattenreningsverket genom nanofiltreringsprocessen , vattenkraft från pumplagring och användning av tunga lastbilar för transport av kemikalier från leverantörer till anläggningen. Andra aspekter och antaganden från att genomföra en känslighetsanalys visade att det finns möjligheter att minska effekterna genom följande förändringar. Genom att byta huvudkoaguleringsmedlet från aluminiumsulfat till järnklorid för att minska den största resursutarmningen och människors hälsoeffekter med en avvägning av effekterna från en ökad produktion av natriumkarbonat. Genom att byta det aktuella inköpet av el, från en grön energimix till den svenska nätmixen, för att kraftigt förbättra reningsverkets miljöprestanda. Denna energiförändring observerades leda till en minskning av den globala uppvärmningspotentialen från koldioxidutsläpp. Andra förändringar som kan genomföras för att minska den totala miljöpåverkan är att byta från bränslebaserade transportbilar till elektriska lastbilar och byta kemikalieleverantörer från utanför Sverige till leverantörer nära eller inom Sverige, närmare vattenreningen växt.