Vatten och Teknik- Sammanfattning

Sammanställt av basgrupp 8a

Vattenkraft
Nästan hälften av den energi vi använder i Sverige kommer från vattenkraftverk skriver Tekniska museet (2010-02-17). I ett vattenkraftverk utnyttjas vattnets lägesenergi mellan två nivåer. Eklund (2009) förklarar vattenkraft som att vatten först däms upp i dammar, det uppdämda vattnet har då lägesenergi, lägesenergin förvandlas sedan till rörelseenergi när vattnet strömmar genom en dammlucka. Vattnet leds därefter vidare i en kanal förbi turbiner och generatorer som omvandlar rörelseenergin till elektricitet som kan skickas till kraftnätets ledningar. Vattenkraftverken bygger på ett naturligt kretslopp där vatten dunstar från haven och faller som regn eller snö över land, varpå det smälta vattnet rinner nedåt mot vattendragen enligt Fortum (2010-02-17). Dock konstaterar Tekniska museet (2010-02-17) att ett vattenkraftverk innebär stora ingrepp i naturen, naturen skadas och den ekologiska balansen förändras.

Vågkraft
Det pågår experiment för att bättre kunna fånga rörelseenergin i tidvatten, vågor och undervattenströmmar påvisar Eklund (2009). På Uppsala Universitets hemsida (2010-02-17) kan man läsa att det i Lysekil just nu genomförs ett vågkraftsprojekt. Syftet med Lysekilsprojektet är att under en längre tid testa ett nytt koncept för att generera elektricitet ur havsvågornas rörelser. Detta görs genom ett system av direktdrivna linjärelgeneratorer.
En linjärelgenerator består av en boj som följer vågornas rörelser upp och ner, cirka 20 procent av den infallande rörelseenergin kan då upptas och omvandlas till elkraft enligt Uppsala Universitet (2010-02-17). Rörelsen från bojen överförs med hjälp av ett rep eller vajer till generatorn och med hjälp av kraftelektronik omvandlas den alstrade växelströmmen sedan till likström som genom standardkablar förs in till land där den via växelriktare ansluts till kraftnätet. Detta system förväntas bli billigt, kraftfullt, miljövänligt och stå emot de belastningar som uppkommer till havs. Eklund (2009) menar att vågkraft endast kan ge ett ytterst litet tillskott till den energi världen behöver. Tekniska museet (2010-02-17) belyser däremot att en del tror att vågkraft kommer att kunna stå för upp till 10 % av hela världens energibehov. Men enligt Tekniska museet (2010-02-17) är vågkraftstekniken så ny att det är svårt att bedöma hur stor inverkan den har på miljön, men vissa forskare menar att vågkraftverken kan ha positiv påverkan på miljön genom att fungera som konstgjorda korallrev.

Vattenrening
Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) är det lätt att tro att alla vattenreningsverk är uppbyggda i det närmaste likadant, de har i uppgift att rena vatten för samma ändamål, exempelvis dricksvatten eller avloppsvatten. Men reningsbehoven av vatten som ska renas skiljer sig på många sätt enligt Berghult och Elfström Broo (2004). Dels beror det på vattnets kvalitet innan rening och vilka krav som ställs på vattnet efter rening. Dessa utgångspunkter är viktiga att ta hänsyn till när man väljer reningsprocess så att vattnet inte går igenom onödigt många reningssteg eller steg som inte uppfyller kraven för det man avsett med det vatten man vill rena. Det finns tre olika reningssteg, fysikaliska, kemiska och mikrobiologiska.

Fysikaliska reningsmetoder
Silning och filtrering
Berghult och Elfström Broo (2004) beskriver att ett vardagsexempel på silningsprocess är då man kokar makaroner och häller av kokvattnet innan servering. Oftast sker det genom att man häller blandningen av makaroner och vatten i ett durkslag så att vattnet kan avskiljas från makaronerna. Detta är ett typiskt exempel på en silningsprocess, en fysiks avskiljning, där det är hålens storlek som avgör vad som passerar och vad som avskiljs. När det gäller filtrering är grunderna liknande som vid silning eftersom det är samma typ av fysik process, det är porernas storlek som avgör vad som passerar och vad som avskiljs.

Membranteknik
Berghult och Elfström Broo (2004) skriver att membranfilterring är en speciell vattenfiltrering där vattnet passerar genom ett ”finporigt” silmaterial under tryck. I naturen finns en motsvarighet till denna filtrering och då heter det cellmembran och där kan enskilda molekyler avskiljas. Det finns tre olika typer av membranfiltrering där skillnaden är vilka partiklar som ska avskiljas. Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att det finns många olika sorters membran med olika egenskaper och användningsområde men alla har de en sak gemensamt, och det är att rena vatten.

Sedimentation
Berghult och Elfström Broo (2004) problematiserar att försöka blanda vatten och sand är meningslöst eftersom när man slutar röra så faller sanden till botten och ovanför sandhögen är vattnet helt klart. Processen kallas sedimentation och är haven, sjöarna och naturens viktigaste reningsprocesser på grund av sin enkelhet, författarna poängterar även att mindre partiklar än sand sedimenterar. Processen bygger på tyngdkraftens inverkan på partiklarna alltså måste partiklarna väga tillräckligt mycket för att kunna sjunka till sedimenteringsbassängens botten inom en viss tid.

Flotation
Flotation är en fysikalisk reningsprocess som kan jämföras med processen som sker när man kokar saft. Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att skumningen av saften genomförs för att avskilja partiklar från vätskan så att den inte blir grumlig. Samma process sker i hav och sjöar då partiklarna är tillräckligt lätta för att avskiljas i med hjälp av vindens inverkan. Flotation handlar kort och gott om att partiklar flyter upp till ytan och kan där avskiljas från vattnet så att det blir rent.

Mikrobiologiska reningsmetoder
Berghult och Elfström Broo (2004) menar att den mikrobiologiska nedbrytningen är en betydelsefull process i naturens egna kretslopp och är mycket känslig eftersom mikroorganismer har speciella levnadsvillkor. Metoden är framförallt viktig för att kunna bryta ner organiskt material vid avloppsreningsverk men även vid rening av industrivatten och i vissa fall av dricksvattenberedning. Metoden används även för att minska kväve- och fosforföreningarnas existens i vattnet.

Kemiska reningsmetoder
Luftning
Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) finns det fem olika tillämpningar inom vattenrening där luftning används;
1.för att höja vattnets syrehalt.
2.för att få bort illaluktande eller skadliga gaser som exempelvis svavelväte, metan och radon från vattnet.
3.för att få bort överskott av koldioxid i vattnet.
4.för att avlägsna järn och mangan.
5.för att tillsätta syre för mikrobiologisk behandling.

Flockning
Berghult och Elfström Broo (2004) jämför flockbildning med när man ska göra sås och det misslycka, såsen skär sig, då bildas lätta partiklar som drar åt sig övriga partiklar i vattnet och lämnar kvar något som inte liknar en sås. Som reningsmetod utnyttjar ofta svårlösliga hydroxiders omfångsrika karaktär vid användning flockning. Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) så skiljs de flockar antingen genom sedimentation, flotation eller så överförs vattnet direkt till filter tillsammans med förringarna som är bundna i det.

Kemisk fällning
Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) så sker upplösning och utfällning av kemiska föreningar om vart annat i grundvattenbildningar så att vattnet slutligen har en bra sammansättning. För att göra avskiljningen enklare så justerar man vattnets sammansättning och tillsätter lämpliga fällningskemikalier och därmed förbättras och förenklas den efterföljande flockningsprocessen.

Oxidation
Det första jag tänker på när jag hör ordet oxidering tänker jag på rost men Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att oxidation även en slags vattenreningsprocess och i naturen har syre stor betydelse som oxidationsmedel. När det gäller kemiska och mikrobiologiska processer som använder syre, bryter de ner dött material och förvandlar det till användbara byggstenar i naturens eviga kretslopp. Oxidation är en kontrollerad process inom vattenrening som går ut på att ta bort järn och mangan, bryta ner organiskt material samt användas som desinfektionsmedel.

Referenser
Berghult, B. & Elfström Broo, A. (2004). Vattnets kemi- för människan och miljön. Stockholm: Liber
Eklund, K. (2009) Vårt klimat. Stockholm: Norstedts Akademiska Förlag.
Fortum (2010-02-14) Vattenkraft. (Elektronisk). Tillgängligt:< http://www.fortumkampanj.se/blogg/vattenkraft/ (2009-02-17).
Tekniska museet (2009-11-25). Vattenkraft. (Elektroniskt). Tillgängligt:< http://www.tekniskamuseet.se/1/836.html (2009-02-17).
Tekniska museet (2009-11-25). Vågkraft.(Elektronisk). Tillgängligt:< http://www.tekniskamuseet.se/1/837.html (2010-02-17).
Uppsala Universitet (2010-01-19). Vågkraftsprojekt

Vattenrening

Mikrobiologiska reningsmetoder

Jag har redan berört mikrobiologiska reningsmetoder men nu kommer ytterligare en lite fördjupning. Berghult och Elfström Broo (2004) menar att den mikrobiologiska nedbrytningen är en betydelsefull process i naturens egna kretslopp och är mycket känslig eftersom mikroorganismer har speciella levnadsvillkor. Metoden är framförallt viktig för att kunna bryta ner organiskt material vid avloppsreningsverk men även vid rening av industrivatten och i vissa fall av dricksvattenberedning. Metoden används även för att minska kväve- och fosforföreningarnas existens i vattnet. Eftersom den mikrobiologiska reningsmetoden är känslig så krävs noggrannhet och varsamhet när det gäller temperatur, tillskott av näring, syre och recirkulation av slam för att hålla igång den mikrobiologiska aktiviteten vid ett avloppsreningsverk. För att få bort kväveföreningarna från avloppsvattnet menar Berghult och Elfström Broo (2004) att man omvandlar kvävet till nitratjoner och därefter reduceras kvävet till kvävgas. Berghult och Elfström Broo (2004) skriver vidare att det går att rena dagvatten och måttligt förorenat industrivatten i så kallad våtmark. I våtmarken bryter mikroorganismerna ner organiskt material i en process som liknar naturens egna när den renar vatten. Det fiffiga med denna metod är att den nästa är underhållsfri. Reningsprocessen går till så att vattnet först kommer till en sedimenteringsdamm som följs av en grund damm för organisk nedbrytning och nitrifikation. Enligt nationalencyklopedin (2010) sker nitrifikation främst i mark och vatten med god syretillförsel. Processen överför kväve från en svårrörlig jon, ammonium, till en mycket lättrörlig jon, nitrat. Berghult och Elfström Broo (2004) beskriver till sist att vattnet leds ner i en djupare damm där denitrifikationen sedan sker. Enligt nationalencyklopedin (2010) är denitrifikation en organisk process där nitrat omvandlas till kvävgas för att minska utsläppen av nitrat i sjöar och hav.

Referenser

Berghult, B. & Elfström Broo, A. (2004). Vattnets kemi- för människan och miljön. Stockholm: Liber

Nationalencyklopedin. (2010). Tillgänglig på Internet: http://www.ne.se/. [hämtades 103222].

Vattenrening

Kemiska reningsmetoder

Luftning
Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) finns det fem olika tillämpningar inom vattenrening där luftning används.

1.för att höja vattnets syrehalt.
2.för att få bort illaluktande eller skadliga gaser som exempelvis svavelväte, metan och radon från vattnet.
3.för att få bort överskott av koldioxid i vattnet.
4.för att avlägsna järn och mangan.
5.för att tillsätta syre för mikrobiologisk behandling.

Flockning
Berghult och Elfström Broo (2004) jämför flockbildning med när man ska göra sås och det misslycka, såsen skär sig, då bildas lätta partiklar som drar åt sig övriga partiklar i vattnet och lämnar kvar något som inte liknar en sås. Som reningsmetod utnyttjar ofta svårlösliga hydroxiders omfångsrika karaktär vid användning flockning. Hydroxidfällningar slås ihop sig till stora aggregat och bildar en polymerstruktur. I grundvattenbildningar är det järn- och aluminiumhydroxid som står för flickbildningen och det är dessa föreningar som är de vanligaste vid flockningsprocesser i samhällets reningssystem. Även vid avloppsreningsverk används flockningsprocessen främst för att avlägsna fosfat. Därför består flockarna i detta fall av fosfat- och hydroxidföreningar.

Hur skiljs då flockarna från vattnet? Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) så skiljs de flockar antingen genom sedimentation, flotation eller så överförs vattnet direkt till filter tillsammans med förringarna som är bundna i det.

Kemisk fällning
Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) så sker upplösning och utfällning av kemiska föreningar om vart annat i grundvattenbildningar så att vattnet slutligen har en bra sammansättning. För att göra avskiljningen enklare så justerar man vattnets sammansättning och tillsätter lämpliga fällningskemikalier och därmed förbättras och förenklas den efterföljande flockningsprocessen.

Oxidation
Det första jag tänker på när jag hör ordet oxidering tänker jag på rost men Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att oxidation även en slags vattenreningsprocess och i naturen har syre stor betydelse som oxidationsmedel. När det gäller kemiska och mikrobiologiska processer som använder syre, bryter de ner dött material och förvandlar det till användbara byggstenar i naturens eviga kretslopp. Oxidation är en kontrollerad process inom vattenrening som går ut på att ta bort järn och mangan, bryta ner organiskt material samt användas som desinfektionsmedel.


Referenser

Berghult, B. & Elfström Broo, A. (2004). Vattnets kemi- för människan och miljön. Stockholm: Liber

Vattenrening

Enligt Nordström (2005) gjorde indierna försökt till att rena vatten genom att filtrera det genom sans och grus redan innan Kristi födelse. Det gjordes sedan en rad misslyckade försök för att kunna rena vatten och på 1700-talet insåg man att det spreds sjukdomar med vattnet och fransmännen som var ledande inom vetenskapen byggde ett flertal filtreringsanliggningar samt att de skrev en bok om filtrering av vatten. Nordström (2005) skriver vidare att man i Paris på 1800-talet använde tvättsvamp, träkol och ull som filtreringsmaterial. 1850 utvecklade Darcy snabbsandfiltret som avskiljare av partiklar. Det var i början av 1800-talet som de flesta mer eller mindre lyckade filterringsanläggningarna byggdes i England och Skottland.

Nordström (2005) skriver att i Sverige öppnades det första vatten verket med långsamfiltrering i Stockholm 1861 och då beräknades en person göra av med 80 liter per dygn. Enligt Berghult och Elfström Broo (2004) är det lätt att tro att alla vattenreningsverk är uppbyggda i det närmaste likadant, de har i uppgift att rena vatten för samma ändamål, exempelvis dricksvatten eller avloppsvatten. Men reningsbehoven av vatten som ska renas skiljer sig på många sätt enligt Berghult och Elfström Broo (2004). Dels beror det på vattnets kvalitet innan rening och vilka krav som ställs på vattnet efter rening. Dessa utgångspunkter är viktiga att ta hänsyn till när man väljer reningsprocess så att vattnet inte går igenom onödigt många reningssteg eller steg som inte uppfyller kraven för det man avsett med det vatten man vill rena. Det finns tre olika reningssteg, fysikaliska, kemiska och mikrobiologiska, här följer nu en liten beskrivning på hur dessa reningssteg kan användas.

Fysikaliska reningsmetoder

Silning och filtrering

Berghult och Elfström Broo (2004) beskriver ett vardagsexempel då man kokar makaroner häller av kokvattnet innan servering. Det sker oftast genom att man häller blandningen av makaroner och vatten i ett durkslag så att vattnet kan avskiljas från makaronerna. Detta är ett typiskt exempel på en silningsprocess, en fysiks avskiljning, där det är hålens storlek som avgör vad som passerar och vad som avskiljs. När det gäller filtrering är grunderna de liknande som vid silning eftersom det är samma typ av fysik process, det är porernas storlek som avgör vad som passerar och vad som avskiljs. Författarna menar att det även förekommer andra typer av avskiljning vid praktisk filtrering.

Berghult och Elfström Broo (2004) skriver att denna process sker i naturen när vattnen passerar genom marken och ner till grundvattenmagasinen samtidigt som det sker en massa andra processer. Filtreringsprocesser är vanliga i samhällets reningssystem, det förekommer olika sorters filter som exempelvis snabbfilter där vattnet passerar på mindre än en halvtimme, och långsamfilter som processen tar 10 timmar eller mer. Det finns även ett filter som tar minst 14 dagar för vattnet att passera och den process kalls för konstgjord grundvattenbildning. Vattnet passerar då ett naturligt filtreringsmaterial som till exempel grusås som sedan pumpas ut i grundvattenbrunnar. Självklart finns det en rad andra filtreringssätt där vattnet passerar genom olika filter- eller silningsmaterial. Som filtreringsmaterial används vanligtvis sand, stenkol eller aktiverat kol samt olika typer av sildukar och material för kemisk behandling. Filtren kräver regelbunden rengöring för att fungera. Torv används som filtreringsmaterial vis lakvattenbehandling.

Berghult och Elfström Broo (2004) menar att filtrering genom sand och sildukar till största del innebär fysiks avskiljning, särskilt i kolfilter förekommer något som kallas adsorptionsprocesser. Här kan mycket små partiklar avskiljas genom att fästa i filtreringsmaterialet. När det gäller filtrering genom torv, som i övrigt är en relativt ny metod när det gäller rening av lakvatten, så är det i första hand adsorptionsprocesser som renar vattnet. Det sker även en sedimentation av större partiklar vilket innebär att faller till botten på grund av gravitationen vid vattenfiltreringen.

Membranteknik

Berghult och Elfström Broo (2004) skriver att membranfilterring är en speciell vattenfiltrering där vattnet passerar genom ett ”finporigt” silmaterial under tryck. I naturen finns en motsvarighet till denna filtrering och då heter det cellmembran och där kan enskilda molekyler avskiljas. Det finns tre olika typer av membranfiltrering där skillnaden är vilka partiklar som ska avskiljas, det finns ultrafiltrering, nanofiltrering och omvänd osmos.

· Ultrafiltrering används oftast när stora organiska molekyler eller mycket små partiklar ska avlägsnas från vattnet.

· Nanofiltrering används för att avlägsna naturligt organiskt material eller molekyler med hög laddning.

· Omvänd osmos kan avlägsna enskilda joner och små molekyler.

Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att det finns många olika sorters membran med olika egenskaper och användningsområde men alla har de en sak gemensamt, och det är att rena vatten. Vattnet delas upp i två ”fack” när det renas, filtrat, det är det rena vattnet och sedan finns det retentatet som innehåller en hög halt av det vi vill filtrerar bort. Ju finare membran som används vid reningen desto större tryck måste läggas på vattnet som ska passera.

Sedimentation

Berghult och Elfström Broo (2004) problematiserar att försöka blanda vatten och sand är meningslöst eftersom när man slutar röra så faller sanden till botten och ovanför sandhögen blir är vattnet helt klart. Processen kallas sedimentation och är haven, sjöarna och naturens viktigaste reningsprocesser på grund av sin enkelhet, författarna poängterar även att mindre partiklar än sand sedimenterar. Processen bygger på tyngdkraftens inverkan på partiklarna alltså måste partiklarna väga tillräckligt mycket för att kunna sjunka till sedimenteringsbassängens botten inom en viss tid. Det är möjligt att förkorta partiklarnas fall tid genom att snedställa skivor på bassängbotten samtidigt som man då minskar ytspänningen.

Flotation

Flotation är en fysikalisk reningsprocess som kan jämföras med processen som sker när man kokar saft. Berghult och Elfström Broo (2004) redogör för att skummningen av saften genomförs för att avskilja partiklar från vätskan så att den inte blir grumlig. Samma process sker i hav och sjöar då partiklarna är tillräckligt lätta för att avskiljas i med hjälp av vindens inverkan. Flotation handlar kort och gott om att partiklar flyter upp till ytan och kan där avskiljas från vattnet så att det blir rent.

Referenser

Berghult, B. & Elfström Broo, A. (2004). Vattnets kemi- för människan och miljön. Stockholm: Liber

Nordström, A. (2005). Drickvatten för hållbar utveckling. Lund: Studentlitteratur

Vatten - teknik

Vattenkraft

Nästan hälften av den energi vi använder i Sverige kommer från vattenkraftverk skriver Tekniska museet (2010-02-17). I ett vattenkraftverk utnyttjas vattnets lägesenergi mellan två nivåer. Eklund (2009) förklarar vattenkraft som att vatten först däms upp i dammar, det uppdämda vattnet har då lägesenergi, lägesenergin förvandlas sedan till rörelseenergi när vattnet strömmar genom en dammlucka. Vattnet leds därefter vidare i en kanal förbi turbiner och generatorer som omvandlar rörelseenergin till elektricitet som kan skickas till kraftnätets ledningar.

Vattenkraftverken bygger på ett naturligt kretslopp där vatten dunstar från haven och faller som regn eller snö över land, varpå det smälta vattnet rinner nedåt mot vattendragen enligt Fortum (2010-02-17). Dock konstaterar Tekniska museet (2010-02-17) att ett vattenkraftverk innebär stora ingrepp i naturen, naturen skadas och den ekologiska balansen förändras.

Vågkraft

Det pågår experiment för att bättre kunna fånga rörelseenergin i tidvatten, vågor och undervattenströmmar påvisar Eklund (2009). På Uppsala Universitets hemsida (2010-02-17) kan man läsa att det i Lysekil just nu genomförs ett vågkraftsprojekt. Projektet startades under år 2002 och är beräknat att avslutas under år 2013-2014. Syftet med Lysekilsprojektet är att under en längre tid testa ett nytt koncept för att generera elektricitet ur havsvågornas rörelser. Detta görs genom ett system av direktdrivna linjärelgeneratorer.

En linjärelgenerator består av en boj som följer vågornas rörelser upp och ner, cirka 20 procent av den infallande rörelseenergin kan då upptas och omvandlas till elkraft enligt Uppsala Universitet (2010-02-17). Rörelsen från bojen överförs med hjälp av ett rep eller vajer till generatorn och med hjälp av kraftelektronik omvandlas den alstrade växelströmmen sedan till likström som genom standardkablar förs in till land där den via växelriktare ansluts till kraftnätet. Detta system förväntas bli billigt, kraftfullt, miljövänligt och stå emot de belastningar som uppkommer till havs.

Eklund (2009) menar att vågkraft endast kan ge ett ytterst litet tillskott till den energi världen behöver. Tekniska museet (2010-02-17) belyser däremot att en del tror att vågkraft kommer att kunna stå för upp till 10 % av hela världens energibehov.

Enligt Tekniska museet (2010-02-17) är vågkraftstekniken så ny att det är svårt att bedöma hur stor inverkan den har på miljön, men vissa forskare menar att vågkraftverken kan ha positiv påverkan på miljön genom att fungera som konstgjorda korallrev.

Referenser:

Eklund, K. (2009) Vårt klimat. Stockholm: Norstedts Akademiska Förlag.

Fortum (2010-02-14) Vattenkraft. (Elektronisk). Tillgängligt:< http://www.fortumkampanj.se/blogg/vattenkraft/ (2009-02-17).

Tekniska museet (2009-11-25). Vattenkraft. (Elektroniskt). Tillgängligt:< http://www.tekniskamuseet.se/1/836.html (2009-02-17).

Tekniska museet (2009-11-25). Vågkraft.(Elektronisk). Tillgängligt:< http://www.tekniskamuseet.se/1/837.html (2010-02-17).

Uppsala Universitet (2010-01-19). Vågkraftsprojekt – Lysekil. (Elektronisk). Tillgängligt:< http://www.el.angstrom.uu.se/forskningsprojekt/WavePower/Lysekilsprojektet.html (2010-02-17).