Naturligt organiskt material, NOM, har sitt ursprung från nedbrutna växter, alger och mikroorganismer. På grund av bland annat klimatförändringar har halten NOM ökat i Mälaren. Vid dricksvattenproduktion kan NOM ge upphov till smak-, färg- och luktproblematik i vattnet, bilda desinfektionsprodukter, sätta igen membran och aktiva kolfilter i vattenverk samt öka risken för biologisk tillväxt i ledningsnätet. Kommunalförbundet Norrvatten använder vatten från Mälaren för att producera dricksvatten. De undersöker bland annat reningstekniken SIX® för att avskilja NOM från vattnet. SIX® bygger på att vatten flödar genom en kontakttank som innehåller suspenderad jonbytarmassa som binder till NOM. Efter kontakttanken sedimenterar jonbytarmassan i en lamellseparator innan den regenereras och återförs till kontakttanken. Syftet med detta examensarbete var att jämföra olika jonbytarmassor för borttagning av NOM ur vatten. De parametrar som jämfördes var sedimenteringsegenskaper, koncentration av totalt och löst organiskt kol, UV-absorbans, alkalinitet, halt av konkurrerande anjoner samt SUVA (UV-absorbans dividerat med DOC-koncentration) i det jonbytesbehandlade vattnet. Vatten från tre olika delar av Mälaren användes då de har olika SUVA-värden och TOC-halter. Dessutom användes vatten från Görvälnverkets sandfiltreringssteg då det har ett lågt SUVA- värde och en hög sulfathalt. SIX®-pilotanläggningens jonbytarmassa jämfördes med ny jonbytarmassa för att se hur dess prestanda ändrats över tid. Målet var att undersöka om det fanns andra jonbytarmassor som kan prestera bättre än jonbytarmassan LEWATIT® S 5128, vilket är den jonbytarmassa som för tillfället används i pilotanläggningen på Görvälnverket. Målet var även att undersöka om SIX®-processen kan stå emot förändringar i vattensammansättning, samt hur LEWATIT® S 5128 prestanda ändrats med tiden. De jonbytarmassor som analyserades var S5128, MPSR7, SCAV3, S6368, S5528 samt den jonbytarmassa som för närvarande används i pilotanläggningen. Jonbytarmassorna hälldes ner i en bägare med vatten och rördes om med hjälp av en flockulator. Vattnet skickades sedan vidare till kemisk analys. För att undersöka sedimenteringsegenskaperna byggdes en uppställning som liknade en lamellseparator och en visuell bedömning av jonbytarmassornas sedimenteringsegenskaper gjordes. Samtliga jonbytarmassor hade en högre DOC-reduktion än den för S5128. Däremot har S5128 bra desorptionsförmåga och sedimenteringsegenskaper vilket är viktigt för SIX®-processen. Desorption testades inte i detta projekt och därmed är det svårt att avgöra vilken jonbytarmassa som är bäst. Det hade däremot varit intressant att undersöka MPSR7 och S6368A i pilotskala då dessa två jonbytarmassor presterade bra kemiskt. Dock nöts MPSR7 och det skulle vara intressant att undersöka om den nöts med luftomrörning. SCAV3 presterade bra kemiskt men hade dåliga sedimenteringsegenskaper, S5528 presterade inte bra kemiskt men hade goda sedimenteringsegenskaper, dessutom var den för lik S5128. SCAV3 och S5128 är därmed inte intressanta alternativ för vidare studier i pilotskala. Trots olika SUVA-värden presterade jonbytarmassorna likvärdigt vid behandling av de olika typerna av vatten. DOC-reduktionen skiljde sig inte speciellt mycket heller vid de olika typerna av vatten. Skillnaden i DOC-borttagning beror troligtvis mer på varierande DOC-halt än  varierande SUVA-värde. Detta innebär att SIX®-processen skulle kunna motstå ändringar i vattnets sammansättning när det gäller NOM-borttagning. Sandfiltervattnet hade lägst procentuell DOC-minskning vilket förklaras av att den höga sulfathalten gjo rde att jonbytarmassorna band starkare till sulfat än DOC. Vid jämförelse av ny och använd S5128 sjönk affiniteten för samtliga joner, därmed även för DOC. Dock var DOC-borttagningen liten jämfört med alkalinitetsborttagningen som var dubbelt så låg för den använda jonbytarmassan, vilket är en fördel för SIX®-processen. / Natural organic matter, NOM, originates from degraded plants, algae and microorganisms. Due to climate change the level of NOM has increased in Lake Mälaren. In drinking water production, NOM can give taste, colour and odor problems in the water, form disinfectant products, lead to fouling of membranes and carbon filters as well as increase the risk of biological growth. Norrvatten uses water from Lake Mälaren to produce drinking water. They examine the SIX® process to separate NOM from water. SIX® is based on water flowing through a contact tank that contains suspended ion exchange resins which bind to NOM. After the contact tank, the ion exchange resins settle in a lamella separator before it is regenerated and returned to the contact tank. The purpose of this thesis was to compare different ion exchange resins for removal of NOM from water. The parameters which were compared are sedimentation properties, concentration of total and dissolved organic carbon, UV-absorbance, alkalinity, concentration of competing anions, and SUVA (UV absorbance divided by DOC-concentration) in the ion exchange treated water. Water from three different parts of Lake Mälaren was used as they have different SUVA- values and TOC-content. In addition, water was used from the sand filtration step in the Görväln water treatment plant since it has a low SUVA-value and a high sulphate concentration. The ion exchange resin of the SIX® pilot plant was compared with new ion exchange resin to see how its performance changed over time. The aim was to investigate whether there were other ion exchange resins that could perform better than LEWATIT® S 5128, which is the ion exchange resin that is currently used in the SIX®-pilot plant at Görvälnverket. The aim was also to investigate whether the SIX®-process can withstand changes in water composition, and how the performance of LEWATIT® S 5128 has changed over time. The ion exchange resins that were analyzed were S5128, MPSR7, SCAV3, S6368, S5528 and the resin that is currently used in the pilot plant. The resins were poured into a beaker of water and stirred using a flocculator. The water was then sent to chemical analysis. In order to investigate the sedimentation properties, an arrangement was built that resembled a lamella separator and an ocular assessment of the ion exchange resins' settling properties was made. All ion exchange resins had a higher DOC-reduction than S5128. However, S5128 has good desorption and sedimentation properties, which is important for the SIX®-process. Desorption was not tested in this project and thus it is difficult to determine which ion exchange resin was the best option. However, it would have been interesting to investigate MPSR7 and S6368A in pilot scale as these two resins had good chemical performance. However, MPSR7 is not mechanically stable and should be examined to see if it is more mechanically stable when air is used for mixing. SCAV3 performed well chemically but had poor sedimentation properties, S5528 did not perform well chemically but had good sedimentation properties, moreover it was similar to S5128. SCAV3 and S5128 are therefore not interesting alternatives for further studies in pilot scale. Despite different SUVA-values, the ion exchange resins performed similarly when treating the different types of water. The DOC-reduction did not differ very much in the different types of water. The difference in DOC-removal is likely to depend more on varying DOC-levels than varying SUVA-values. This means that the SIX®-process could withstand changes in the water composition when it comes to NOM-removal. The sand filter water had the lowest percentage of DOC-reduction, which is explained by the fact that the high sulphate content caused the ion exchange resins to bind more readily to sulphate than to DOC. When comparing new and used S5128, the affinity for all ions decreased, thus also for DOC. However, the DOC-removal was small compared to the alkalinity removal which was twice as low, which is an advantage for the SIX®-process.

Högre halter av färg och naturligt organiskt material (NOM) i ytvattnet har på senare år blivit ett ökande problem på norra halvklotet och så även vid Lovö vattenverk. För att utvärdera nya reningsmetoder som har kapacitet att avskilja dessa föroreningar vill man använda sig av undersökningar i pilotskala. För att resultaten ska gå att överföra till vattenverket behöver man först undersöka hur den befintliga pilotanläggningens referenslinje, som ska användas som just referens vid framtida försök, förhåller sig till fullskalan. Studien kom fram till att flödet kan ställas in så att ett reningssteg i taget går med samma ytbelastning och uppehållstid i referenslinjen och i vattenverket, men ald-rig alla samtidigt på grund av skillnader i skalförhållanden mellan de olika reningsste-gen. Den mest kritiska parametern för avskiljningen av föroreningar som skapar turbi-ditet och NOM är dosen aluminiumsulfat (ALG). För att avskiljning av NOM mätt som bland annat UV254, TOC, DOC och SUVA krävs det i referenslinjen en överdosering av ALG på minst 15 procent för att denna ska vara lika effektiv som den i vattenverket. I den kemiska fällningen i vattenverket och i referenslinjen är det framförallt humusämnen med aromatisk struktur som tas bort. Dessa är ämnen som är mer nedbrutna och äldre i sin karaktär. Det är alltså samma fraktioner av NOM som avskiljs i de bägge processerna. Skillnaden i avskilj-ning mellan dem ligger i att det under studien avskildes kvantitativt mer NOM av äldre mer nedbrutet, humöst material i referenslinjen än i vattenverket. Detta beror på att det i referenslinjen doserades mer fällningskemikalie än i vattenverket.

Uppsalas dricksvattenförsörjning baseras på konstgjord grundvattenbildning som innebär att vatten från Fyrisån får rinna ned till grundvattnet från infiltrationsbassänger. Detta examensarbete syftar till att undersöka vad som händer med naturligt organiskt material (NOM) i Uppsalaåsen vid konstgjord grundvattenbildning. De viktigaste processerna för minskning av NOM är biologisk avskiljning genom nedbrytning, fysikalisk-kemisk avskiljning genom sorption till metalloxider samt utspädning genom inblandning av naturligt grundvatten. Arbetet bestod av tre delar: 1) analys av vattenkemidata från grundvattenprover, 2) analys av extraktion av TOC, Al och Fe från jordprover för att undersöka utfällning av NOM med metalloxider samt 3) ett inkuberingsexperiment för att utvärdera potentialen för biologisk nedbrytning i löst organiskt material (DOC). Jordproverna hämtades från borrkärnor som tagits på fem platser längs åsen under sommaren 2014. Grundvattenprover togs i 19 brunnar minst en gång per månad från november 2014 fram till april 2015. TOC-halten i grundvattnet är som högst vid infiltrationsbassängerna, ca 15 mg/l. TOC- minskar med 30 % de första 200 metrarna i flödesriktningen men minskningen avtar under grundvattentransporten. I den omättade zonen avskiljs mindre än 10 %. Vattnet i Fyrisån har en varierande sammansättning över ett år, vilket också observerades i provtagningspunkter som ligger närmast infiltrationsanläggningarna. Analys av uran och stabila isotoper visar att dispersion i åsen utjämnar dessa variationer. Analys av UV-absorbans och fluorescens tyder på att det organiska materialet i grundvattnet byter karaktär i den mättade zonen och blir hydrofilt. Resultaten från extraktionerna i jordprover visar på god korrelation mellan Fe och TOC. Bidning till järnoxider antas därför vara den viktigaste avskiljningsmekanismen i åsen. Resultaten indikerar på anrikningar av humuskomplex i de ytligaste jordlagren under sandfiltren samt precis under grundvattenytan i närheten av bassängerna. Inkuberingsexperimentet utfördes genom att grundvatten från fem olika provpunkter sterilfiltrerades. 15 vattenprover tillsattes med inockulat innehållande mikroorganismer och övriga 15 sterila prover användes som referenser. TOC undersöktes varannan vecka på samtliga vattenprover under 1,5 månader. Efter två veckor minskade halten TOC i samtliga prover och referenser med cirka 25 % och var därefter relativt konstant. Sammanfattningsvis sker en snabb minskning av NOM i grundvattnet nära infiltrationsbassängerna. Det antas bero på adsorption till metalloxider och fasta partiklar och biologisk nedbrytning. Minskningstakten av NOM avtar med transportsträckan. Längre bort antas inblandning av naturligt grundvatten vara den viktigaste orsaken till att halten NOM minskar. / The drinking water supply in Uppsala is based on this technique which involves surface water from Fyrisån percolating to the ground water through an infiltration basin. This master thesis aims to evaluate the fate of natural organic matter (NOM) in the Uppsala esker during artificial groundwater recharge. The most important processes for the removal of NOM are biological degradation, physical-chemical sorption to metal complexes and dilution by mixing with natural ground water. The work consisted of three parts: 1) analysis of water chemistry data from groundwater samples, 2) analysis of extractions of TOC, Al and Fe from soil samples to evaluate deposition of NOM with metal oxides, and 3) an incubation test to evaluate the potential for biological degradation in dissolved organic carbon (DOC). Soil samples were collected from drill cores taken from five locations along the Uppsala esker in the summer of 2014. Ground water was sampled in 19 wells at least once every month from November 2014 to April 2015. The levels of TOC in ground water are highest at the infiltration basins, about 15 mg/l. The TOC levels drop by 30 % the first 200 meters in the flow direction, but the removal rate decreases during the ground water transport. Less than 10 % is removed in the unsaturated zone. The water in Fyrisån has a variation in composition during a year, which is also observered in sampling points close to the infiltration basins. Analysis of uranium and stable isotopes shows that dispersion in the esker evens these variations. The analysis of absorbance and fluorescence shows that the NOM changes character in the saturated zone and becomes less humificated and becomes hydrophilic. The results from the extractions in the soil samples show a good correlation between Fe and TOC. Complexes of NOM and iron oxides are thought to be the most important complex in the Uppsala esker. The extractions also indicate that enrichments of humus complexes in the uppermost soil of the infiltration basins and right below the ground water table in several locations near the basins. The incubation test was done by sterilization filtering of ground water from five different locations. Inoculate with microorganisms was added to 15 of these samples, while 15 without inoculate was used as reference samples. Analysis of TOC was done every two weeks during 1,5 months. The levels of TOC decreased by 25 % after two weeks in all samples and reference samples, and were stable afterwards. In summary, a quick decrease of NOM occurs in the groundwater close to the infiltration basins. This is mainly caused by sorption and biological degradation. The removal rate of NOM decreases with distance. Further away from the basins, the most important process for decrease of NOM is mixing with local ground water.

Societies are facing great challenges with obtaining a good quality and quantity of drinking water in the context of climate change. Increases in natural organic matter (NOM) and per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) have been observed in lakes and drinking water the past years, which is of great concern for water treatment plants in Sweden. It is therefore vital to increase the knowledge regarding the distribution of these substances in the environment. The main objective of this project was therefore to further develop a hydrodynamic model for lake Ekoln by including transportation and degradation of NOM. This was to be done by calibrating the model in terms of total organic carbon (TOC) and Water colour (Colour). A second objective was to investigate the requirements to successfully model PFAS in Ekoln for future studies. The study was done using the model MIKE 3 FM, developed by the Danish Hydraulic Institute (DHI) The two variables TOC and Colour, were calibrated separately for the period of February 2017 to September 2018. For TOC the within-lake processes were decay and sedimentation. These were described using a reference decay constant for 20 °C (k0), that was scaled using the Arrhenius temperature coefficient (θ), and sedimentation was represented by a settling velocity (vsm). For Colour the included process was photooxidation. This process was described using a maximum photooxidation rate (kphoto) that was scaled using the Monod relation including parameters for minimum photosynthetically active radiation (PAR) necessary for photooxidation to occur (Imin) and a PAR half saturation constant (I1/2). The calibration of TOC resulted in the following best fit parameters for k0  of 0.001 d-1, θ of 1.07 and vsm of 0.001 md-1. The calibration of Colour resulted in the following best fit parameters for kphoto of 0.0125 d-1, Imin of 0 µmol photons m-2s-1 and I1/2 of 4 µmol photons m-2s-1. Overall it can be concluded that the chosen processes managed to capture the seasonal variations of TOC and Colour, and the calibrated parameter values are in line with similar studies. The assumption of not including autochthonous input proved to be the biggest source of error in the calibration of TOC but proved to have a minor influence on the calibration of Colour. To achieve a more realistic representation of photooxidation in the vertical profile, for the simulation of Colour, more processes should be considered to be added in the model in future studies. The results presented in this study contributes with increased knowledge of carbon budgets in lakes and can be used to predict water quality hazards connected to climate change and extreme events. The limited access to PFAS data for Ekoln, constrained the study of PFAS and only two sources could therefore be studied: The sewage treatment plant Kungsängsverket and precipitation. The results showed that the simulated concentrations of PFAS in Ekoln only accounted for 40 % of the observed concentrations. It could further be concluded that the contribution from precipitation is negligible. For future studies it is judged to be vital to include Fyrisån as a PFAS source, and to look into processes that influence PFAS distribution, such as sedimentation and adsorption to organic matter. / Samhällen står idag inför stora utmaningar vad gäller att tillhandahålla god kvalitet och kvantitet av dricksvatten under rådande klimatförändringar. De senaste åren har det observerats ökande halter av naturligt organiskt material (NOM) och per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) i sjöar och dricksvatten, vilket är bekymmersamt för Sveriges vattenreningsverk. Det är därför av största vikt att öka kunskapen om dessa ämnens distribution i miljön. Huvudsyftet med denna studie var därför att vidareutveckla en hydrodynamisk modell för sjön Ekoln så att den även inkluderar transporten och nedbrytningen av NOM. Detta utfördes genom att kalibrera modellen för totalt organisk kol (TOC) och Vattenfärg (Färg). Ett andra syfte var att undersöka vilka förutsättningar som krävs för att kunna modellera PFAS på ett korrekt sätt i Ekoln. Studien utfördes i modellverktyget MIKE 3 FM, utvecklat av DHI.  De två variablerna TOC och Färg kalibrerades separat för perioden februari 2017 – september 2018. Processerna som valdes att påverka TOC var nedbrytning och sedimentation. Dessa processer beskrevs med hjälp av en referens-nedbrytningskonstant för 20 °C (k0), vilken anpassades med hjälp av Arrhenius temperaturkoefficient (θ) och sedimentation beskrevs med hjälp av en sedimentationshastighet (vsm). Färg påverkades endast av processen fotooxidation vilken beskrevs med en maximal hastighet för fotooxidation  (kphoto) som anpassades med hjälp av Monods relation. Anpassningen skedde med hjälp av parametern för minimal fotosyntetiskt aktivt ljus (PAR) för att fotooxidation ska ske (Imin) samt en PAR halv mättnads konstant (I1/2) .  Kalibreringen resulterade i värden för k0 av 0.001 d-1, θ av 1.07 och vsm av 0.001 md-1. Kalibreringen för Färg resulterade i värden för kphoto av 0.0125 d-1, Imin av 0 µmol fotoner m-2s-1 och I1/2 av 4 µmol fotoner m-2s-1. Det kan konstateras att de valda processerna lyckas med att beskriva säsongsvariationerna av både TOC och Färg och att de kalibrerade parametervärdena stämmer överens med litteraturen. Antagandet om att inte inkludera autoktont tillförsel av organiskt material (NOM från ytvatten), visade sig vara den största felkällan i simulering av TOC, men visade sig ha en mycket liten påverkan på simuleringen av Färg. För en mer realistisk bild av fotooxidations spridning i djupled, för simuleringen av Färg, bör fler processer övervägas att inkluderas i modellen för framtida studier.  Studien av PFAS var begränsad av tillgången till data, vilket medförde att endast två källor av PFAS till Ekoln analyserades: reningsverket Kungsängsverket och nederbörd. Resultaten visade att den simulerade koncentrationen av PFAS endast motsvarade 40 % av den observerade. Vidare kunde det konstateras att tillförsel av PFAS från regn kan antas vara försumbar. För framtida studier av PFAS i Ekoln bedöms det vara avgörande att inkludera Fyrisån som en källa, samt att vidare undersöka processer som påverkar transporten av PFAS så som sedimentation och adsorption till organiskt material.

Nanopartiklar är partiklar med storlekar i området 1 till 100 nm, och som uppvisar nanospecifika egenskaper. Egenskaperna kan variera helt mellan olika typer av nanopartiklar, även bland partiklarna och deras respektive material i bulk format på grund av deras unika storlekar, former och strukturer. I denna studie har vi analyserat storlekarna och den kolloidal stabiliteten på tre nanopartiklar, Co, Y2O3, CeO2 i färskvatten och färskvatten med naturligt organiskt material med hjälp av sonifikation, NTA, AAS och ICP analys. Nanopartiklarna lät vara utsatta i lösningarna i upp till six timmar, där analys med hand av NTA skedde efter den nollte, första och sjätte timmen. Partiklarna uppvisade olika egenskaper, och alla tre partiklar varierade i storlek under experimentet. Kobalt hade tendensen att minska i storlek i bägge lösningar, medan storlekarna på yttrium- och cerium oxid tenderade att variera. För att främja vår förståelse av nanopartiklar, behövs fler studier för att få en full förståelse för de unika egenskaperna hos dessa partiklar. / Nanoparticles are particles with sizes in the range of 1 to 100 nm, which also have nanospecific properties. Their properties vary wildly between different types of nanoparticles, even among nanoparticles and their respective particles in bulk format heeding to their highly individual shapes, sizes and structures. In this study we analyzed the sizes and colloidal stability of three different nanoparticles, Co, Y2O3 and CeO2 in freshwater and freshwater with natural organic matter solutions using sonication, NTA-, AAS-, and ICP analysis. The nanoparticles were exposed to the solutions for up to six hours, with analysis being performed at the zero, first and sixth hour. The particles indeed showed different properties, as all three particles varied in size throughout the experiment. Cobalt had the tendency to decrease in size as time progressed in both solutions, while the mean size of yttrium- and cerium oxide varied. To further our understanding of nanoparticles, more studies need to be performed to properly understand the individual properties of these nanoparticles.