Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi (IVT), Institutt for industriell teknologi

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

Status på renseanlegget og forurensningstiltaket.

Himdad Junas Qader

Bacheloroppgave i prosessteknologi Mai 2017

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

ii Tittel (norsk):

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

Tittel (engelsk):

Emission-reducing measures of flushing and drainage water in connection with the building of the Bodø tunnel

Våren 2017 Gradering:

Åpen

Forfatter: Himdad Junas Qader

Student nr.: 540519

Antall sider/ord:

65 / 10306 Antall vedlegg: 5

Emnenavn:

Bacheloroppgave i prosessteknologi

Emnekode:

IHP1602

Fakultet: Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi (IVT) Institutt: Institutt for industriell teknologi (IIT)

Profilering:

Kjemiprosess, tunnelbygging, natur og miljø

Veileder: Johannessen Espen Bi-veileder: Tor Oberg Jenssen

Oppdragsgiver/ekstern organisasjon: Statens Vegvesen

Oppdragsgivers/ekstern organisasjons kontaktperson: Jenssen Oberg, Tor Stikkord:

Naturmiljø,Kjemiprosess,pH-

nøytralisering, Teknologi i tunneldriving i anleggsfasen.

Key words:

Nature Environment,

Chemical Process, pH- neutralization

Technology in tunneling in the construction phase.

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

iii Sammendrag

Bygging av tunneler produserer vannutslipp som ofte er svært alkalisk. Slikt avløpsvann kan være giftige for vannlevende organismer, og pH bør senkes før utslipp til resipienten.

Prosjektet bypakke Bodø sitt miljømål er utformet på bakgrunn av bestemmelsene gitt i reguleringsplanen for prosjektet, gjeldene lovverk og retningslinjer for aktuelle fagområder, vegvesens egne miljømål og retningslinjer, og miljøkrav av forvaltningsmyndighetene.

Bodøtunnelen er en del av bypakke Bodø, som startet i april 2015 og skal stå ferdig i 2018.

En stor mengde lekkasje av driftsvann og grunnvann på grunn av tunnelbygging vil resultere i forurensing av vanntilstanden i Bodø elva som resipient, som også påvirker vannlevende organismer på grunn av giftig ammoniakk som omdannes av u omsatt sprengstoff og sprøytebetong og dermed resulterer i økning i vannets temperatur og høy pH-verdi. Det er vedtatt en utslippstillatelse fra Nordland Fylkeskommune i desember 2012. I denne rapporten er det konkludert at det eksisterende renseanleggsystemet er velfungerende på en tilstrekkelig måte. Hoved entreprenør klarte å gi en gevinst til miljøet ved å gjenbruke ca.40 % av driftsvannet fra renseanlegget.

Ifølge undersøkelsesdataene for behandling av driftsvann under tunnelbygging, er det konkludert med at den beste oppnådde effektiviteten er ved bruk av CO2-metoden. Konklusjonen er basert på litteraturundersøkelser og resultater fra tilsvarende prosjekter.

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

iv Abstract

Building of tunnels produces wastewater that often is highly alkaline. Such water can be toxic to aquatic organisms, and pH should be lowered before discharge to recipient.

The project city package Bodø's environmental objective is designed on the basis of the provisions given in the project's regulatory plan, the legal regulations and guidelines for relevant disciplines, the road safety's own environmental goals and guidelines, and environmental requirements of the managing authorities. Bodø tunnel is part of Bodø city package, which started in April 2015 and will be completed in 2018.

A large amount of water and groundwater leakage due to tunnel construction will result in contamination of the Bodø River water as a recipient, thus also affecting aquatic organisms due to toxic ammonia converted by unreacted explosives and spray concrete, resulting in an increase in water temperature and high water PH value. A discharge permit has been issued from the Nordland County Municipality in December 2012.

In this report it has been concluded that the existing wastewater treatment system is well functioning. The main contractor managed to make a profit to the environment by reusing about 40% of the operating water from the treatment plant.

According to the survey data for the treatment of operating water during tunnel construction, it has been concluded that the best achieved efficiency is using the CO2 method. The conclusion is based on literature surveys and results from.

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

v Himdad Junas Qader

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

vi

Forord

Denne oppgaven er utført for graden bachelor for prosessteknologi, 180 studiepoeng ved Norges Arktiske Universitetet – UiT – Campus Narvik våren 2017. Den tar for seg temaet utslipp av driftsvann fra anlegget ved et anlegget i Bodøtunnelen, og prøver ut statusen på utslippet av tunneldrivevann mot kontrakts krav og utslippstillatelsen fra Nordland fylkes kommune.

Arbeidet med driving av fjell og arbeid inne i tunnelen vil imidlertid omfatte boring og sprengning på linje med pukkverksdrift, og bruk av sprøytebetong. Nitrogen fra

udetonert sprengstoff, steinstøv fra driving av fjellet, og avrenning fra sprøytebetong vil kunne føre til utslipp av forurenset vann. Problemstilling kom frem etter innspill fra Staten vegvesen- Region Nord. Etter flere befaringer på anlegget i bypakke Bodø. Et forslag for problemstilling ble fremmet og godt mottatt av Statens vegvesen der jeg kunne skrive oppgaven for dem. Problemstilling og forprosjekt ble startet i januar 2017.

Veidekke Entreprenør AS (heretter omtalt som HE) er hovedentreprenør for prosjektet og ble dermed samarbeidspartner for oss i arbeidet med oppgaven. HE er en av

Skandinavias største entreprenører og eiendomsutviklere. HE har startet med

prosjektet fra April 2015 ble første salve i Bodøtunnelen tent. Prosjektet bypakke Bodø, har som miljømål at bomiljø og naturmangfold skal ivaretas. Prosjektet skal

minimalisere konsekvensene for naturmiljøet og ivareta god landskapstilpasning.

Det er ulike metoder som benyttes til pH-justering av drivevann fra tunneler. I denne rapporten skal vi undersøke hvilken metode som brukes og sammenligner med de andre metodene. Det skal sjekkes grundig vannprøveresultater av pH-målinger og suspendert stoff-målinger. Resultatene skal analyseres med utslippsbegrensninger som er gitt tillatelse for fra NFK. Etatsprogrammet NORWAT (2012-2015) har undersøkt nærmere og teknisk rapportene 244 og 298 er konklusjonen på denne

vurderingen/undersøkelsen.

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

vii Målet med prosjektet er at vi som studenter ved Norges Arktiske Universitet UiT – Campus Narvik skal arbeide på en selvstendig måte ved å bruke den kunnskapen vi har tilegnet oss gjennom våre 3 år studieløpet ved Universitetet, samt at det blir en forsmak på hva som kan møtes oss i arbeidslivet vi er i ferd med å tre inn i.

Jeg vil benytte anledningen til å takke mine bidragsytere som har gjort dette arbeidet mulig og gjennomførbart innen de rammer som er satt. Stor takk til Veidekke

Entreprenør AS v/Kevin Fåland som svarte på spørsmål, orienterte og viste meg rundt befaring.

Samarbeidspartner – Statens Vegvesen – region nord – prosjektavdeling – By pakke Bodø

Veileder SVV – Tor Jenssen Oberg

Veileder UIT -Narvik – Espen Johannessen Forfatter av rapporten: Himdad Junas Qader

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

viii

Innholdsfortegnelse

1 Innledning ... 1

1.1 Bakgrunn ... 1

1.2 Problemstilling ... 1

1.3 Effektmål og resultat mål: ... 1

1.4 Begrensning ... 2

1.5 Begreper ... 2

2 Metode... 3

2.1 Kurs gjennom Veidirektoratet ... 3

2.2 Bruk av veileder ved UiT - Campus Narvik ... 3

2.3 Bruk av kontaktperson i SVV ... 4

2.4 Befaringer ... 4

2.5 Beregninger ... 4

3 Teori ... 5

3.1 Høy pH-verdi, dannelser og konsekvenser: ... 7

3.1.1 Rensing med mineralsyre ... 7

3.1.2 Rensing med CO2-metoden ... 8

3.2 Utslippseffekt for vannlevende organismer (Fisk) ... 11

3.2.1 Høy pH er giftig ... 11

3.2.2 Høy partikkelholdige tunnelvann (Suspendert stoff) ... 14

3.3 Tillatelse til forurensning ... 14

3.3.1 Forurensningsloven ... 15

3.3.2 Plan- og bygningsloven ... 15

3.3.3 Forurensningsforskriften ... 16

3.3.4 Håndbok N500 Vegtunneler ... 16

3.3.5 Internkontroll og rapportering ... 16

3.4 Renseanlegg for tunneldrivevann ... 17

3.5 Renseanlegg for tunneldrivevann i Bodøtunnelen ... 18

3.5.1 Temperaturutjevning ... 20

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

ix

3.5.2 Kontroll og overvåkning i renseanlegget ... 21

3.5.3 Resirkulering og gjenbruk av driftsvann ... 21

3.6 Dimensjonering av renseanlegg ... 22

3.6.1 Dimensjonering av sedimenteringsbassenger ... 22

3.6.2 Sedimenteringsenheter ... 23

3.6.3 Sedimenteringsbassenger basert på containerløsninger ... 24

3.6.4 Utformingen av bassenget ... 24

3.6.5 Dimensjonerende vannmengde ... 25

3.7 Noen komponenter og installasjoner i rensesystemet ... 26

3.7.1 Sentrifuge i renseanlegget i Bodøtunnelen: ... 26

3.7.2 Sandfang ... 27

3.7.3 pH-sensor: ... 28

3.7.4 Suspendert Stoff-sensor: ... 28

4 Resultat ... 29

4.1 Begrensningsverdier i utslippstillatelsen ... 29

4.2 Beskrivelse av resultatet ... 29

4.3 Vannprøve resultater fra byggestart til dagens dato ... 30

4.3.1 Målinger av pH-verdi ... 31

4.3.2 Resultater fra målinger av Suspendert stoff-verdier ... 33

4.4 Resultat av resirkulering av driftsvann ... 37

4.4.1 Resultater av gjenbruk av tunneldrivevann i prosjektet ... 38

5 Diskusjon ... 39

5.1 Hvilke utslippstillatelse-krav/regelverk gjelder ved gjennomføring av utvalgte driftsvann i Bodøtunnelen? ... 39

5.2 Hvilken metode benyttes det for justering av pH-verdien? Krav i kontrakt kontra metoder som involverer nyere teknologi? ... 39

5.3 Møtes utslipps-kravene i HEs rutiner? ... 39

5.4 Er det mulighet for å etablere CO2-metoden? Drift og økonomiske konsekvenser? ... 40

5.5 Hvordan kunne rutinene forbedres for å unngå avvik? ... 41

5.5.1 Analyse om årsaker til avviket ... 42

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

x

6 Konklusjon ... 43

7 Evaluering av oppnådde resultat mål ... 44

8 Videre arbeid ... 45

9 Egen evaluering av rapporten ... 45

10 Bibliografi ... 46

11 Vedleggliste ... 48

11.1 Forprosjektet ... 49

11.2 Statusrapport 3 ... 50

11.3 Excel 1 (Resultater av målingene – grunnlag for diagrammene i oppgaven) ... 51

11.4 Excel 2 (Analyse av alle vannprøve resultater og gjenbruk) ... 52

11.5 Refleksjonsnotat ... 53

Figurligste Figur 1 Emulsjonssprenstoff, mikroskopbilde av en emulsjon ... 5

Figur 2-eksplosjon av sprengstoff og u omsatt sprengstoff ... 6

Figur 3- sprengingsprosessen som forårsaker høy pH-verdi ... 7

Figur 4- CO2-installasjon fra utenlandske leverandører (Digital Analysis Corporation) ... 9

Figur 5- Rørformet diffusør ... 10

Figur 6- Rørsystem ... 10

Figur 7- Carbiomat ... 10

Figur 8- Utslippseffekt for fisk i vannet ... 11

Figur 9- høy pH i kombinasjon med NH3 ... 12

Figur 10- dannelse av ammoniakk som funksjon av pH ved 2 ulike temperaturer ... 13

Figur 11- Modifisert fra NFF, teknisk rapport 9 ... 17

Figur 12- Plantegning/flytteskjema til renseanlegget i Bodøtunnelen ... 18

Figur 13- Skisse av renseanlegget i Bodøtunnelen ... 19

Figur 14- Kartoversikt for temperaturutjevningsbasseng i Bodøtunnelen ... 20

Figur 15- snitt av sedimenteringsbasseng ... 22

Figur 16- Prinsippskisse av en større sedimenteringsbasseng lagt av flere containere .. 24

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

xi

Figur 17- egne bilde fra befaring 17.Februar ... 24

Figur 18 egen bilde fra befaring 28.Januar ... 26

Figur 19 Sandfang Container -Sandfang, slamføler SLU-103-PF ... 27

Figur 20-Ukentlig vedlikehold på sandfang Container ... 27

Figur 21- pH sensor, Mjk PHIX COMPACT ... 28

Figur 22- pH-sensor med leverandør forklaring ... 28

Figur 23- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Mai - Des.2015 ... 31

Figur 24- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Januar-Des.2016 ... 31

Figur 25- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Januar-April 2017 ... 31

Figur 26- Middelverdi av pH fra logg+ prøvetaking (januar-April.2017) ... 32

Figur 27- Resultater for pH-verdi av kun ukentlige målinger ... 32

Figur 28- Middel SS-verdi (logg + ukentlige prøvetaking) April-Des.2015 ... 33

Figur 29- Middel SS-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) Januar-Des.2016 ... 33

Figur 30- Kontrollrom ved renseanlegget - egen bilde fra befaring 17.Februar ... 36

Figur 31- Overvåkningssignal på resirkulering/renseanleggsystemet. Kilde: Eget bilde 36 Figur 32- resirkuleringssystem av driftsvann-Eget bilder ... 37

Figur 33- Gjenbruk av driftsvann fra Mai-Des.2015 ... 38

Figur 34- Gjenbruk av driftsvann fra Januar-Des.2016 ... 38

Figur 35- Gjenbruk av drivevann i Bodøtunnelen for 2017 ... 38

Figur 36- illustrasjon på fremdriftsplan i Bodøtunnelen (April 2017) ... 41

Figur 37- Temperaturutjevningsbasseng- Eget bilde fra befaring 28. januar ... 41

List of tables Tabell 1- Modifisert- sammenligning mellom CO2 kontra mineralsyrer ... 11

Tabell 2- pH og konsekvenser for vannlevende organismer ... 12

Tabell 3-Modifisert fra EIFACs (effekter materialer kan ha på fisk) ... 14

Tabell 4-Utslippsbegrensninger av ulike komponenter ... 15

Tabell 5 - Dimensjonerende vannmengde Bodøtunnelen. ... 26

Tabell 6- eksempel på resultat av en ukentlig prøvetaking analysert på lab ... 30

Tabell 7 Avviksverdi på SS- målinger i 2016 ... 34

Tabell 8 Beskrivelse av vedlikeholdsrutiner fra HE ... 35

Tabell 9 digitalt målinger fra renseanlegget ... 35

Tabell 10 -HE beregning om nødvendige kapasitet temperaturutjevningsbasseng ... 42

Utslippsreduserende tiltak av spyle- og drensvann i forbindelse med bygging av Bodøtunnelen

xii

1

1 Innledning

1.1 Bakgrunn

Bakgrunnen for denne rapporten er et avsluttende krav i 3-årig bachelorstudiet”

Ingeniørfag – prosessteknologi” som er gjennomført i perioden høsten 2014 til våren 2017 ved Norges Arktiske Universitetet– UiT- Campus Narvik.

Det drives ca. 20-30 km ny tunnel i Norge hvert år, så problemstillinger og løsninger tilknyttet håndtering av tunneldrivevann er relevant for mange vegprosjekter. For å verne om naturmangfold og vannmiljøet under store og kompliserte byggeprosjekter, det er vedtatt flere lover og regler som setter begrensing på utslipp og forurensninger.

Disse utslippskravene er satt i byggekontrakter mellom Statens vegvesen som byggherre og Veidekke entreprenør AS som hoved entreprenør.

1.2 Problemstilling

I anleggsperioden vil HEs arbeider medfør fare for utslipp som kan medføre skade på miljø. En av utfordringene med tunneldrift er driftsvannet som til tider har høy pH verdi.

Denne verdien er avhengig av bruken av sementbasert tetning og aktivitetsnivået samt nitrogenforbindelser fra sprengstoff og olje.

Problemstilling

:

1.3 Effektmål og resultat mål:

- Hvilke utslippstillatelse-krav/ regelverk gjelder ved gjennomføring av utvalgte driftsvann i Bodøtunnelen.

- Møtes utslipps-kravene i HEs rutiner?

- Hvilken metode benyttes det for justering av pH-verdien? Krav i kontrakt kontra nyere teknologi metodikk?

- Hvordan kunne rutinene forbedres for å unngå avvik?

- Er det mulighet for å etablere CO2-metoden nå? Drift og økonomiske konsekvenser?

2 1.4 Begrensning

I denne oppgaven tas det utgangspunkt i Nordland Fylkeskommunes utslippstillatelse for bypakke Bodø (Bodøtunnelen) og byggekontrakten mellom HE og BH.

Grunnlaget for HE-utførelse er kontrakten og de kravene som er påkrevd at HE skal utføre. Under arbeidet i denne rapporten skal gjennomføres en status sjekk og

gjennomgang ved analysering av prøvetaking vannprøver) som viser verdier på flere utslippskomponenter. Rapporten har en begrensning om å kun analysere pH-verdi og suspendert stoff-resultater. Analysene gjelder en helhetligvurdering for prosjektet fra byggestart til dagens dato. Resultater og målinger av Olje, ikke tas med i denne

oppgaven.

1.5 Begreper

 E: Entreprenør

 HE: Hoved entreprenør

 BH: Byggherre

 YM: Ytre miljø.

 SVV: Statens Vegvesen.

 Ferskvannsresipienter: vannforekomster i dette prosjektet er Bodøelva som hoved resipient.

 Prelltapet: Prell tapet er den betongen som ikke fester til overflaten, men faller ned på tunnelsålen. Prell tapet kan komme opp i 10%, men er som regel 5% eller lavere.

 Vannbestandighet – angir sprengstoffets løselighet i vann. Ingen entydige definisjoner, men mer som: meget god, god, dårlig.

 Bulkstyrke – er et mål for kjemisk energi pr. volumenhet. Regnes ofte som prosent av et kjent referansesprengstoff. ANFO brukes ofte som referanse og settes lik 100%.

 Emulsjonssprengstoff: små dråper av Ammoniumnitratløsning (ca. 60-85%) omgitt av mineralolje og voks.

 Kalkutfellinger (kalsitt): Kalkutfellinger er et skjemmende, gråhvitt belegg som ofte kan opptre på flislagte utearealer. Kalkutfellinger skyldes fuktvandring, og kan forårsake skader/tette renseanleggskomponenter.

3

2 Metode

Ulike metoder er lagt til grunn for å utarbeide denne rapporten. Metodene har blitt brukt til å samle informasjon, sikre en god arbeidsprosess og sørge for at rapporten blir oversiktlig. Bruk av disse metodene har resultert i en besvarelse av valgt problemstilling og det endelige produktet i form av denne rapporten.

Validitet til kildebruk er lagt til grunn i denne oppgaven ved å innhente data og informasjon fra Statens Vegvesen, Norsk Forening for Fjellsprengningsteknikk –NFF- rapporter, kontrakt og kursmaterialer via Veidirektoratet. Referater fra møte og felles befaringer med hoved entreprenør og ekstern veileder fra SVV samt kommunikasjon med dem via e-post.

Litteratursøking og -gjennomgang med fokus på utslippstillatelse fra NFK. Det er særlig lagt vekt på resultater av vannprøver og vurderinger foretatt i tilsvarende prosjekter.

Litteratursøkingen har foregått dels ved generell søking på relevante emneord på

internett og den vitenskapelige tidsskriftsbasen Web of Knowledge og dels ved spesifikk søking etter rapporter og liknende og vegmyndigheters hjemmesider. Rapporten

baserer seg på informasjonsinnsamling på intranett til Statens vegvesen samt dokumenter i prosjekt webhotell til bypakke Bodø mellom BH og HE.

Intranett til Statens vegvesen ble valgt da dette gir mer spesifikk informasjonen som innehar en høyere validitet for oppgaven enn søk på internett.

2.1 Kurs gjennom Veidirektoratet

Kurslitteratur fra internkurs i Statens vegvesen om naturmangfold og vannmiljø.

Denne litteraturen ble valgt da den var veldig nyttig for mitt arbeide med oppgaven og var meget relevant i forhold til problemstillingen i oppgaven.

2.2 Bruk av veileder ved UiT - Campus Narvik

Intern veileder ved Norges Arktiske Universitet – UiT- Campus Narvik, var Espen Johannessen, han har bistått med innspill rundt problemstillingen, metodebruk og rapportutforming gjennom mitt arbeid med rapporten.

Denne metoden sikrer kontinuerlig tilbakemelding under arbeidsprosessen og forsørger god oppfølging.

4 2.3 Bruk av kontaktperson i SVV

I oppgaveperioden har det vært løpende kontakt med Tor Jenssen Oberg, som har langt erfaring fra tunneldrift. Tor har vært behjelpelig med informasjon om prosjektet

bypakke Bodø og gitt råd gjennom arbeidsprosessen særlig i starten.

Metoden er brukt for å få innsikt og informasjon om prosjektet bypakke Bodø – delprosjektet Bodøtunnelen.

2.4 Befaringer

Befaringer på anleggsområdet bypakke Bodø har blitt gjennomført sammen med veileder fra Statens vegvesen og HE for å se løsning som ble brukt for rensing av tunnelvann i bypakke Bodø, hvilket måleopplegg som er brukt for testing av vannkvaliteten og hvordan HE løser sine krav som er satt i kontrakten.

Denne metode ble valgt for å se hvordan rensing av tunnelvann løses i praksis. Totalt har det vært 5 befaringer: 2 ganger sammen med ekstern veileder i SVV, en felles befaring med SVV og HE og 2 befaringer alene.

2.5 Beregninger

Basert på digitallogg fra renseanlegget og den ukentlig prøvetakingen fra HE og stikkprøvene fra BH utarbeides diagrammer. Resultat verdiene på pH-målinger og suspendert stoff-målinger analyseres og sammenlignes med den begrensningsverdien som har gitt tillatelse for av NFK sin utslippstillatelsesbrevet vedtatt i Desember 2012.

Utslippstillatelsen er referert i denne rapporten.

5

3 Teori

For å ha en god forståelse over den høye pH-verdien som settes ulike tiltak for å

redusere det, har jeg vært nødt til å undersøke og gjøre oss kjent med hvor det kommer fra?

Hva forårsaker den høye verdien? Under tunnel bygningen og ved boring og ladding blir det boret fra 2,5-5,0 meter lange hull som blir ladet med sprengstoff.

Det benyttes vanlige sprengstoff for tunneldriving som er ANFO og emulsjons sprengstoff.

ANFO har en eksplosjonsenergi, E (MJ/kg) – som angir teoretisk beregnet kjemisk energi for et sprengstoff. Eksempler: 1,3 – 6 MJ/kg. ANFO er en blanding av 94 vektprosent ammoniumnitrat (NH4NO3) og 6 vektprosent diesel (fuel oil).

Emulsjonssprengstoff er sammensatt av svært små dråper av ammoniumnitratløsning, ca. 60-85%, som er omgitt av en blanding av mineralolje og voks. Emulsjonssprengstoff avgir mindre skadelige avgasser i form av nitrogendioksid (NO2) og karbonmonoksid (CO2) enn ANFO. Av arbeidsmiljøhensyn benyttes det derfor i hovedsak

emulsjonssprengstoff ved norske tunnelanlegg.

(Statens Vegvesen - Standard beskrivelse for vegkontrakter, 2012)

Figur 1 Emulsjonssprenstoff, mikroskopbilde av en emulsjon

6

Figur 1 viser oppløsningen er emulgert til små dråper på ca 1μm som ikke krystalliserer.

Dråpene er beskyttet mot vanninntegning av en oljefilm.

Andelen uomsatt sprengstoff varierer, men ligger ofte mellom 10 og 15 %. Enda høyere verdier er rapportert ved vanskelige bergforhold. Ammoniumnitrat fra uomsatt

sprengstoff er lett løselig i vann og vil følge tunneldrivevann så vel som avrenningsvann fra gjenbrukte masser og sprengsteinsdeponi.

Sprenging og sikring:

Figur 2-eksplosjon av sprengstoff og u omsatt sprengstoff

Som permanent sikring blir det påført sprøytebetong (100-150 mm) i hele profilet samt monteres 5-7 stk. bolter pr. meter tunnel Høy pH.

(Norsk Forening for Fjellsprengningsteknikk – NFF, 2009)

7

3.1 Høy pH-verdi, dannelser og konsekvenser:

Figur 3- sprengingsprosessen som forårsaker høy pH-verdi

Ved bruk av sprøytebetong og/eller armerte sprøytebetongbuer for å sikre arbeidet under tunnelbyggingen, 100-150 mm med sprøytebetong påføres som permanent sikring i hele profilet og monteres 5-7 stk. bolter pr. meter tunnel. Ved utførelse av sprøytebetong, kan tunneldrivevannet bli sterkt basisk, avhengig av type akselerator i betongen og mengden prelltap. Betongen som ikke fester til overflaten, faller ned på tunnelsålen. Mengden kan være opp til 10%, men er som regel er det lavere. Dermed pH-verdien når opp mot 11-12 eller opptil 13 i perioder

(Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

3.1.1 Rensing med mineralsyre

Syrer reagerer ved å avspalte hydrogenioner, som igjen kan reagere med baser og dermed redusere pH. Syrer er stoffer som reagerer med vann og gir hydroniumioner (H3O+) og et anion. Når vi har vann som løsningsmiddel skriver vi H+ istedet for H3O+

(hydroniumionet) en syre som avgir hydrogenioner (H+) i vann og baser avgir hydroksylioner (OH-) i vann, og nøytralisering skjer mellom disse og danner vann.

Som mineralsyre benyttes det saltsyre HCl eller svovelsyre H2SO4 men på grunn av at kjemiske og fysiske egenskaper til saltsyre egner seg bedre til bruksområdet og

8

økonomisk anskaffelser brukes det vanligvis saltsyre HCl. Tunnelvannets alkalitet (kapasiteten til å nøytralisere syre) vil avgjøre hvor mye syre som må til for å senke pH til et akseptabelt område. Det kan også være nødvendig å tilsette syre for å bedre felling av partikler.

3.1.2 Rensing med CO2-metoden

Sammenhengen mellom pH og CO2 i akvarievannet

Bruk av CO2 anses som en syre (et stoff med mye H+-ioner) – dvs. at pH faller. Jo mer CO2, jo lavere pH. Jo mindre av CO2, jo høyere pH. Årsaken til dette skyldes følgende formel:

CO2 + H2O  H2CO3

Karbondioksid + Vann  Karbonsyre

Med andre ord danner CO2 og vann karbonsyre. Karbonsyren frigir så H+-ioner:

H2CO3  H⁺ + HCO3-

H⁺-mengden øker og dermed faller altså pH.

Bruk av karbondioksidgass (CO2) som alternativ metode, medfører mindre

sannsynlighet for utilsiktede utslipp enn ved bruk av sterke syrer. Fordi CO2 produserer en svak syre (H2CO3) når den løses i vann.

CO2 + H2O ^ H2CO3

H2CO3 + H2O ^ HCO3- + H3O ⁺ pKa1 = 6,4 HCO3- + H2O ^ (CO3)2- + H3O ⁺ pKa1 = 10,3

H2CO3 er en svak toprotisk syre, den reagere med H2O Under reaksjonen avgir 2 H+ -ioner i to protolysetrinn.

Dermed CO2 tilførsel senker pH-verdien. Syrekonstanten, Ka, er en likevektkonstant som angir grad av dissosiasjon av hydrogenioner fra en syre (dvs. i hvor stor grad

reaksjonene i ligning 3 og 4 er forskjøvet mot høyre). Siden Ka2 < Ka1 vil kun det første dissosiasjonstrinnet gi et signifikant bidrag til likevektskonsentrasjon med H3O+.

Tilførsel av CO2 til vann med høy pH vil altså redusere pH. Effekten av tilsatt CO2 avtar imidlertid med avtagende pH. Ved pH-verdier under 6,4 (pKa1) kreves det større tilsats av CO2 for ytterligere å redusere pH. Ved justering fra høy pH ned til pH 8 eller lavere er

9

imidlertid effekten av tilsatt CO2 stor uten at konsentrasjonen er så stor at den får giftig virkning. I dette tilfellet er hensikten å holde pH under 9, og risiko for utslipp med giftvirkning på vannlevende organismer vil være mindre ved bruk av CO2 sammenliknet med bruk av saltsyre eller svovelsyre. Virksomheten skal derfor velge tilsetting av CO2

for regulering av pH.

(Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

Utforming av anlegg for tilsetting av CO2

 Utenlandske leverandører som har ferdige løsninger. Anlegg for pH-regulering ved hjelp av CO2 kan kjøpes som ferdige systemer.

Figur 4- CO2-installasjon fra utenlandske leverandører (Digital Analysis Corporation)

(hydroTREAT, 2017)

 Entreprenøren kan bygge sine egne løsninger

Fjerning av partikler skal sedimenteres før pH-justering. Det er mange utenlandske leverandører som leverer ferdige løsninger for tilsetting av CO2. Container eller tilsettingssystem for CO2 styringssystemer er eksemplarer. (Figur 4)

Det kan bygges av entreprenøren også som det står i SVV-rapport nr.298

 Ulike prinsipper for tilsetting av CO2: Det finnes 3 ulike metoder for denne løsningene, komponentene som benyttes til gassinnsetningen er:

1. Diffusjonsrør: Bryter gassen opp i bobler, kan være perforerte slanger eller rør.

(Figur 5)

2. Rørsystem: Gassen tilsettes direkte til rør m/anleggsvann. (Figur 6) 3. Carbiomat: Gassen tilsettes i et lukket system. (Figur 7)

10

( Turid Hertel-Aas, Statens vegvesen Vegdirektoratet, Miljøseksjonen- rapport nr.

298, 2014, 2014)

Figur 5- Rørformet diffusør

Figur 6- Rørsystem

Figur 7- Carbiomat

Bilder hentet fra: (Messergroup, 2017)

11

Tabell 1- Modifisert- sammenligning mellom CO2 kontra mineralsyrer

Mineralsyrer (HCl, H2SO4) Karbondioksid (CO2)

Svært korrosive Ikke korrosive

Feil håndtering kan gi alvorlige skade på driftsoperatører

Liten fare for alvorlige skade på driftsoperatører

Feil dosering kan gi sterk forsuring og massiv død hos vannlevende organismer

nedstrøms utslippet

Ingen fare for sterk forsuring under normale forhold

Økt konsentrasjon av klorider og sulfater i resipienten

Ingen økning i salinitet (salter)

Stor slitasje på maskinpark ved eventuelt resirkulering av vannet

Mindre slitasje på maskinpark ved eventuelt resirkulering av vannet

(Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017) 3.2 Utslippseffekt for vannlevende organismer (Fisk)

3.2.1 Høy pH er giftig

Det er ikke bestemt hvilken direkte effekter høy pH-verdi har på fisk og vannlevende organismer som (bunndyr) men i følge av den europeiske innlandsfiskekommisjonen, EIFAC har undersøkt noen laboratorium/felt undersøkelser konkludert med noen vurderinger som er nevnt i tabellen nedenfor.

Figur 8- Utslippseffekt for fisk i vannet

Ammoniakk holdige utslipp til elva kan redusere fisk kvaliteten i 2 år og ved høy konsentrasjon vil fiskene dø umiddelbart.

(Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

12

Tabell 2- pH og konsekvenser for vannlevende organismer

pH-verdi Effekt på fisk

5,0-9,0 Normalt ingen skadelige effekter

9,0-9,5 Sannsynligvis skadelig for laksefisk og abbor over lengre tids eksponering.

9,5-10 Dødelig for laksefisk over lengre tids eksponering, fisken er motstandsdyktig overfor slike pH-verdier i korte perioder. Kan være skadelig overfor enkelte

fiskearters utviklingsstadier.

10,0-10,5 Laksefisk og mort kan være motstandsdyktige mot slike pH-verdier i korte perioder, men fisken dør ved lengre tids eksponering.

10,5-11,0 Laksefisk er mest utsatt og dør i løpet av kort tid. Forlenget eksponering gjør at også andre fiskeslag dør.

11,0-11,5 Alle fiskearter dør i løpet av kort tid.

Høy pH i kombinasjon med ammoniumnitrat (NH4NO3) fra u omsatt sprengstoff vil resultere i dannelse av ammoniakk (NH3) som er akutt giftig i lave konsentrasjoner.

Ammoniakk (NH3) foreligger i vann i en likevekt med ammonium (NH4+) som vist i likningen: 𝑁𝐻₃ (g) + 𝐻₃𝑂⁺ ↔ 𝑁𝐻₄⁺+ 𝐻₂𝑂

Når pH-økes ved bruk av sprøytebetong så forskyves likevekten mot venstre. NH4+ omdannes til giftig NH3. Giftighet av et utslipp med u omsatt sprengstoff styres dermed i hovedsak av pH og temperatur. På grunn av manglende løsninger/metoder for å fjerne nitrogenforbindelser (ammonium og ammoniakk). Konsentrasjonsredusering av ammoniakk ved hjelp av å senke pH-verdi praktiseres. Denne renseprosessen skal gjennomføres før utslipp til naturen.

Figur 9- høy pH i kombinasjon med NH3

13

Figur 9 (Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

Ved blanding av høy pH-verdi og uomsatt sprengstoff omdannes ammoniakk som er svært giftig. Uomsatt sprengstoff inneholder ca. 50 % ammoniumforbindelser og 50 % nitratforbindelser. Ved 5 C og pH 10 er ca. 55 % av total mengde ammonium omdannet til ammoniakk. Når temperaturen er 25 C og pH 10 er nærmere 85 % av total mengde ammonium omdannet til ammoniakk. I vann foreligger ammoniakk i en likevekt av ammoniakk-gass og ammonium-ion (ligning ).

𝑁𝐻3(𝑔)+𝐻3𝑂(𝑎𝑞)↔𝑁𝐻4(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑎𝑞)

Ammoniumionet er en svak syre, mens Ammoniakk er en svak base. Fordelingen mellom ammoniakk og ammonium, og dermed potensiell giftighet av et utslipp av u omsatt sprengstoff, styres i hovedsak av pH, temperatur og ionestyrke (salinitet).

Når utslippets 1 kg nitrogen, omdannes ca. 0,5 kg av ammonium og hvis pH er 10 ved temperatur 25 så vil 0,4 kg omformes til ammoniakk. Ammoniakkgass som er giftig er helt avhengig av pH som slippes til vannet. Forholdet mellom temperatur og pH-verdig er i proporsjonalitetsforhold med omdannelse av ammonium til ammoniakkgass.

Temperaturutjevningsbasseng er en metode for å senke temperaturen til vannet før den renner i vannet. Det er derfor en økende utfordring å senke pH-verdien om sommeren når det blir varmedager.

Figur 10- dannelse av ammoniakk som funksjon av pH ved 2 ulike temperaturer

Figur 10 (Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

14

3.2.2 Høy partikkelholdige tunnelvann (Suspendert stoff)

Partikulært materiale innvirker negativt på fisk og vannlevendedyr som lever i bunnen av elva/sjøen. Påvirkningen kan være redusering av konkuranseevnen, vekst,

påføresykdom, utvikling av egg og yngel (subletal konsentrasjon).

Disse påvirker fiskefangsten og næringstilbudet negativt. I worst case kan det drepe organismer (letal konsentrasjon). Partikler kan drepe organismer ved å forårsake

fysiske skader. Fisk tåler normalt høye konsentrasjoner av suspendert stoff over lang tid når partiklene ikke skader gjellevevet. Det er imidlertid påvist dødelige skader hos fisk ved partikkelkonsentrasjoner lavere enn 25 mg SS/l når partiklene var tynne og kvasse.

Spisse og skarpe partikler vil kunne skade gjellene. (Figur 8) Skade på egg

Partikler vil kunne sedimentere i elver. Sedimenterte partikler vil kunne skade egg ved å overdekke gyteområder og forhindre oksygentilførsel til eggene. Retningsgivende

verdier for hvor mye fisk kan tåle av partikler (naturlig erodert materiale) i henhold til den europeiske innlandsfiskekommisjonen EIFAC er vist i Tabell 2.

Disse verdiene refererer til naturlige partikler som eroderes fra jordbruksarealer og elveleier. Kortvarig naturlig erosjon i flomperioder vil overstige verdiene i tabell 1 uten at det er påvist skadelige effekter på fisk.

(Kurs i naturmangfold og vannmiljø av Turid Hertel-Aas, 2017)

Tabell 3-Modifisert fra EIFACs (effekter materialer kan ha på fisk)

Suspendert stoff(mg/l) Effekter på fisket

< 25 mg/l Ingen skadelig effekt

25-80 mg/l Godt til middels godt fiske. Noe redusert avkastning

80-400 mg/l Betydelig redusert fiske

> 400 mg/l Meget dårlig fiske, sterkt redusert avkastning

3.3 Tillatelse til forurensning

Midlertidig utslipp fra vanlige anleggsarbeider er lovlig uten tillatelse etter

forurensningsloven. Tunnelarbeider omfattes ikke av dette, og Fylkesmannen har satt krav til utslipp fra disse i en egen utslippstillatelse. Å behandle utslippssøknader er det NFK (Nordland fylkeskommune) sitt ansvar i dette prosjektet. Dette er noen av

15

Fylkesmannens oppgaver etter forurensningsloven. Nedenfor er tabellen som viser grenseverdier for ulike utslippskomponenter som har gitt tillatelse for fra Desember 2012 av NFK i prosjektet bypakke Bodø.

Tabell 4-Utslippsbegrensninger av ulike komponenter

( Nordland Fylkeskommune, 2012) 3.3.1 Forurensningsloven

I forhold til nye anlegg vil forurensningsloven gjelde for forurensning fra anleggsvirksomheten og forurensning forårsaket av selve vegkonstruksjonen.

For forurensning som kan oppstå i anleggsfasen vil det være nødvendig med tillatelse fra forurensningsmyndigheten (som regel Fylkesmannen) etter forurensningsloven § 11. Tillatelse etter denne bestemmelsen er blant annet nødvendig for virksomhet som overskrider «vanlig forurensning fra midlertidig anleggsvirksomhet»

(Lovdata.no, 01. August 2016) 3.3.2 Plan- og bygningsloven

PBL har to åpenbare fordeler. Det ene er at mens forurensningsloven retter seg mot den enkelte virksomhets utslipp så gir PBL en mulighet til å se utslippene i en større

arealmessig sammenheng, og kommunen kan fastsette reguleringsbestemmelser som gjelder all virksomhet innen ett område. Den andre fordelen er at kommunens avklaring av arealbruken vanligvis må foretas før en eventuell vurdering etter forurensningsloven.

Det er derfor viktig at eventuelle forurensningsproblemer blir avklart før arealbruken blir vedtatt slik at lokaliseringen av en virksomhet kan bli mest mulig optimal.

(Miljøkommune.no, 2017)

16 3.3.3 Forurensningsforskriften

Forurensningsloven § 8 om begrensninger i plikten til å unngå forurensninger sier at

«vanlige forurensning» fra midlertidig anleggsvirksomhet er tillatt uten særskilt utslippstillatelse. Arbeidet med driving av tunneler vil imidlertid gi opphav til

punktutslipp med store mengder forurenset utslippsvann som har høy konsentrasjon av partikler, høy pH, giftig ammoniakk (og også olje). Tunneldrift/utslipp av

tunneldrivevann vil derfor være søknadspliktig ihht forurensningsloven §7 og §11

(Lovdata.no, 01. August 2016) 3.3.4 Håndbok N500 Vegtunneler

Håndbok N500 erstatter tidligere hb 021 Vegtunneler (2006). Håndboka er oppdatert i henhold til EU direktivet om minstekrav til sikkerhet i vegtunneler. Den oppdaterte håndboka er lagt ut foreløpig på Statens vegvesens intranett- og internettsider.

«Vann som benyttes i byggefasen bør resirkuleres for å redusere vannforbruk og redusere utslipp» (Prosess 12.511 Renseanlegg i R761 (Prosess kode 1) 12.612) (Statens Vegvesen - Standard beskrivelse for vegkontrakter, 2012)

3.3.5 Internkontroll og rapportering

Entreprenøren skal også rapportere avløpstekniske data og utslippsdata, herunder slamopplysninger, for mindre avløpsanlegg jf forurensningsforskriften kapittel 12 og 13.

Dersom spesielle statlige behov tilsier det kan Fylkesmannen pålegge statens vegvesen rapportering av data som ikke inngår i den ordinære rapporteringen. I henhold til bestemmelsene i forskrift om systematisk helse-, miljø-, og sikkerhetsarbeid i virksomheter (internkontrollforskriften) skal alle virksomheter ha et

internkontrollsystem som sikrer etterlevelse av lover og forskrifter, herunder også vilkårene som er gitt i den gjeldende tillatelse fra NFK.

( Nordland Fylkeskommune, 2012)

17 3.4 Renseanlegg for tunneldrivevann

Figuren nedenfor viser en plantegning som gjelder prinsippet generelt. For

renseanlegget ved tunneldrivevann. Siden oppgaven er begrenset om Bodøtunnelen, går vi kun gjennom hvordan justeres pH i dette anlegget som er benyttet mineralisere metoden.

Figur 11- Modifisert fra NFF, teknisk rapport 9

18

3.5 Renseanlegg for tunneldrivevann i Bodøtunnelen

Figur 12- Plantegning/flytteskjema til renseanlegget i Bodøtunnelen

19

Håndtering av driftsvann fra tunnelarbeidene på Bodøelv ved CT mobilt auto- vannrenseanlegg type 580 for tunnelarbeider, med sentrifuge som har kapasitet vannmengde på 22 L/sek (ca. 80 m3/t). Renseanlegget designet med utstyrt for å redusere verdien på ulikeutslippskomponenter:

 pH-verdien fra høy pH til pH6-8 med saltsyre-metoden.

 Oljefilter: renhetsklasse 1 (<5 mg/L restolje)

 Suspendert stoff (SS-verdi): Anlegget har 2x4 rustfrie hus for utskiftbare posefilter med tetthet 1-1000 mikron.

Vannrenseanlegget består av:

 Omrøringscontainer, styrecontainer og sentrifuge

 2 stk. 40 m3 sandfang

 2 stk. 40 m3 oljeutskiller med coalescence -filter

 1 stk. 20’ kontroll-container, syrebehandling og partikkelfilter

 1 stk. 8- container for syre

 2 stk. containere for renset vann

Renseanlegget plasseres på riggområdet. Under vises en skisse av anleggets oppbygning.

Figur 13- Skisse av renseanlegget i Bodøtunnelen

Tunnelvann pumpes først opp i en container med omrøring for videre å gå gjennom en sentrifuge. Denne skiller ut mesteparten av slammet fra tunnelvannet som tilnærmet tørt avfall. Deretter pumpes vannet opp i sandfangene via frekvensstyrte pumper. Urent vann bremses og fordeles jevnt utover tankens tverrsnitt.

20

Det grovrensede vannet renner videre til oljeutskilleren der det meste av oljen stiger til overflaten. Vannet presses videre gjennom en kassettbasert coalescence -filterenhet for å fjerne de siste oljerestene. Disse filtrene er å foretrekke foran absorbsjonslenser på overflaten, fordi en ønsker å få målt oljeinnholdet i vannet.

I syrecontaineren tilsettes syre via en digitalstyrt doseringspumpe ved behov. Videre pumpes vannet gjennom to filterhus og fire partikkelfilter. Systemet fyller det ene filteret først, og deretter det andre, ved hjelp av et manometer som måler

trykkdifferanse ut og inn. På denne måten kan filter skiftes uten at det blir stopp i anlegget. Operatør varsles via SMS når filteret er fullt og en rød varsellampe tennes.

Vann samles opp og pumpes til dam for temperaturutjevning før det renner videre ut i Bodøelva. Ved vannføring <50 L/sek går vannet direkte ut i spillvannsledning etter rensing.

3.5.1 Temperaturutjevning

Vannet vil etter rensing holde en temperatur lik vannet i tunnelen. Ved å etablere em dam i den nordvestlige enden av anleggsområdet (markert på figur 14 med rød ring), nær Bodøelva, får vannet renne på selvfall ned i elva. Dammen dimensjoneres for å kunne ta minst et døgns vannmengder, estimert til 200 m3 etter utslippstillatelsen.

Figur 14- Kartoversikt for temperaturutjevningsbasseng i Bodøtunnelen

21 3.5.2 Kontroll og overvåkning i renseanlegget

Anlegget består av doble sett containere, bortsett fra sentrifugen, montert parallelt for å kunne opprettholde rensegraden under tømming. (Figur 12)

Pumper kontrolleres av PLS (programmerbar logisk styring) i kontrollcontaineren og trykkfølere som sitter montert ved siden av pumpen. PLS og kontrollen styres via en touchskjerm.

For å måle antall liter renset vann benyttes automatisk akkreditert prøvetakingsutstyr med en vannmengdeproporsjonal prøvetaker koblet opp mot systemets PLS.

Prøvetakeren og gjennomstrømningsmåleren monteres inne i kontrollcontaineren.

Denne tilknyttes et lite basseng der online analysesensorer er plassert.

Anlegget måler ulike utslipp med automatisk logging og avlesing av partikkelmengde (SS), turbiditet og pH. Data sendes som en Excel- eller PDF-fil fra kontrollsystemet som vedlegg i e-post. Renseanlegget tilkobles lokalt spillvannsnett ved lav vannføring i Bodøelva etter kommunikasjon med kommunen.

( NORWAT - Statens Vegvesen, 2014) 3.5.3 Resirkulering og gjenbruk av driftsvann

Renseanlegget er bygget opp av forskjellige containere som er levert fra containertech.

Prinsippet med bruk av sentrifuge er tatt fra kloakk. Fra sentrifugen går tunnelvannet gjennom en oljeutskiller før det pumpes inn i en ny container hvor det blir foretatt pH- målinger av vannet.

Etter at vannet kommer ut fra overnevnte prosess, pH-verdien blir ca.7-8 og sendes til gjenbruk som driftsvann ved boring. Sirkulasjonspumpen sitter plassert nede i forkant av glassfibertanken inne i filtercontaineren. Pumpen skal sjekkes ukentlig.

Det kan være en del slam og sand i glassfibertanken, pumpen sitter montert ganske lavt for å kunne sirkulere vannet også med lite vann i tanken. Sand sliter ut innsugingslokket (sliteplaten) og akselteningen på enhver pumpe. Hvis pH-verdien er høyere, vannet sendes gjennom prosessen på nytt til den når kravet. Det rensede tunneldrivevann resirkuleres, eller pumpes videre til temperaturutjevningsbasseng før den renner slipper inn til Bodøelva. Lite innlekasjevann og normaldrift aktivitet på (2-3 salver daglig), gjør at gjenbruksprosenten av tunneldrivevannet ligger på ca. 40%.

22 3.6 Dimensjonering av renseanlegg

3.6.1 Dimensjonering av sedimenteringsbassenger

Som dimensjoneringsparameter for sedimenteringsbassenger benyttes hydraulisk overflatebelastning. Overflatebelastningen er forholdet mellom dimensjonerende vannmengde (Qdim) og Effektiv bassengoverflate (Aeff).

Vf = Qdim/Aeff (m³/time / m² = m/time) Vf : Dimensjonerende overflatebelastning

Qdim: Dimensjonerende vannmengde Aeff : Effektivt sedimenteringsareal,

Oppholdstiden er også av betydning, men tilstrekkelig oppholdstid er sikret ved at Vf

står i forhold til bassengdypet (deff). Deff: Effektivt bassengdyp, dvs. det minste

vanndypet (vanndypet fra overflaten og ned til overflaten av slamlaget) som aksepteres ved drift av bassenget. Som dimensjonerende overflatebelastning (Vf) anbefales 0,5 m/time. Som minste effektive bassengdyp (deff) anbefales 1,5 m

I et utgravd sedimenteringsbasseng vil ikke hele den fysiske bassengoverflaten være effektiv i vannrensingen. En sone i innløpet og utløper vil ikke kunne tas med i Aeff på grunn av ugunstige strømningsforhold. Hvis bassenget har skrå vegger vil heller ikke den delen av bassengarealet som har et vanndyp som er mindre enn deff kunne tas med.

Dette er vist skjematisk i figur 12

Figur 15- snitt av sedimenteringsbasseng

Dybden av slamlagersonen på bunnen av bassenget bør ikke overstige 0,5 m. med et totalt bassengdyp på 2,0 m blir dermed deff 1,5 m.

23 3.6.2 Sedimenteringsenheter

Mekanisk rensing ved hjelp av sedimentering er den vanligste metoden for behandling av tunnelvann. Ved denne renseprosessen fjernes slampartikler som er så store at de lar seg bunnfelle innen rimelig tid. For at en partikkel skal kunne avskilles i

sedimenteringsbassenget må den kunne falle til bunnen i løpet av tiden som vannet bruker på å passere bassenget.

Normalt klarer man å fjerne partikler ned til 0,1 – 0,2 mm. Dette er imidlertid svært avhengig av strømningsforholdene i bassenget.

Bassenget må derfor utformes slik at den nedre delen av bassenget benyttes til

slamlagring. Denne delen av bassengvolumet bidrar ikke ved rensingen av tunnelvannet.

Permanente sedimenteringsbasseng utstyres med slamskraper og pumper som kontinuerlig fjerner slammet som bunnfelles i bassenget.

Midlertidige sedimenteringsanlegg kan bygges på flere måter:

 Utgravde/utsprengte bassenger i jordmasser/fjell

 Støpte bassenger

 Ved at én eller flere stålcontainere settes sammen slik at det oppnås det nødvendige volum og areal.

Bassengene bør ha en rektangulær form. Vannet fordeles gjennom et

innløpsarrangement som sørger for god fordeling både i bredden og dybden av bassenget. Bassengene er grunne (2 – 2,5 m).

I bassenger der slammet lagres på bunnen av bassenget, regnes vanndypet ned til overkant av slamlaget og et kritisk minstedyp blir definert. Utløpet av vann fra bassenget skjer lengst mulig fra innløpet til bassenget slik at horisontal strømning tilstrebes.

Den rektangulære utformingen bør være lang og smal (ideelt sett lengde/bredde > 6:1) noe som gir høy hydraulisk virkningsgrad (forholdet mellom virkelig og teoretisk oppholdstid) og stabil strømning.

24

3.6.3 Sedimenteringsbassenger basert på containerløsninger

En rekke containere settes sammen i rekke. Containere kobles med hverandre via en åpning. Vilkår for åpningen er at den vannhastigheten Qdim ikke overskrider 0,01 m/s.

Figur 16- Prinsippskisse av en større sedimenteringsbasseng lagt av flere containere

3.6.4 Utformingen av bassenget

Vanligvis består utformingen av bassenget av 4 hoveddeler; Innløp, utløpssoner, langsgående skillevegg i bassenget og bassengvegger. I tillegg til metode for fjerning av slam.

Container type

Tversgående skjermer skal dempe og fordele strømmen fra innløpet over hele bredden.

Langsgående vegger deler sedimenteringsbassenget i to for å stabilisere driften.

Bassenget skal dimensjoneres for vanntrykk, Slik at den skal være mulig å tømme halvdelen av containeren uten å påvirke driften på andre delen.

Figur 17- egne bilde fra befaring 17.Februar

25 Utgravde basseng

En annen type utforming av bassenger er i løsmasser eller fjell. Når det graves ut i løsmasser må det etableres en tetning mot grunnen for å sikre tetting ved hjelp av fiberduk eller membran.

Det skal legges leire over membran eller fiberduk for er for å beskytte membran ved suging av slam (tømming). Tømming av slammet utføres vanligvis med slamsugebil gravemaskiner. Å bruke gravemaskin for tømming av slam har vært god og rask løsning.

Ved containerutformede bassenger bør gravemaskin tømming unngås for å hindre skader på containeren.

3.6.5 Dimensjonerende vannmengde

Dimensjonerende vannmengde (Qdim) som renseanlegget skal ta imot er avgjørende for den fysiske størrelsen på anlegget. Vannmengden som må legges til grunn er den maksimale vannmengden som vil kunne opptre i anleggsperioden og som skal kunne behandles i anlegget.

All erfaring viser at det er lite å vinne på å redusere forventet vannmengde. Tvert imot viser det seg at mange problemer unngås ved å ha god hydraulisk kapasitet helt fra starten. Det er få eksakte opplysninger som ligger til grunn for dimensjoneringen, denne må derfor bygges på erfaringstall fra andre anlegg i tillegg til at det må legges inn rikelig med sikkerhet.

Dimensjonerende vannmengde Qdim har 4 hovedbidrag:

 Borvann

 Innlekkasje (Qi).

 Påboret vann (Qp).

 Innlekking fra dagsone (Qd).

(Vegtunneler Håndbok N500 - Statens Vegevesen, 2016)

For dimensjonering av nødvendig kapasitet er det sett på den maksimale vannmengden per time som har behov for å passere renseanlegget. Denne verdien finner vi under salveboringen. Vi antar at eventuelt lekkasjevann vil utgjøre lite i denne sammenhengen.

26 Dimensjonerende vannmengde i Bodøtunnelen:

Tabell 5 - Dimensjonerende vannmengde Bodøtunnelen.

Vi ser her at maksimal beregnet vannmengde fra tunnelen er langt lavere enn anleggets kapasitet på ca. 80 m³/t.

3.7 Noen komponenter og installasjoner i rensesystemet 3.7.1 Sentrifuge i renseanlegget i Bodøtunnelen:

Sentrifugen er en av de komponentene som gjør blir renseprosessen unik. Sentrifuge som fjerner kalkutfellinger (kalsitt) og partikler/sedimenter. Sentrifugen fungerer mye bedre sammenlignet med bruk av filter, som er alternativt.

I følge HE sin befaring i tidligere prosjekt, der ble det konkludert med svært gode

resultater er oppnådd ved bruk av sentrifugen, som ikke er standard i renseanlegg, men som fører til en utskilling av nærmest tørt avfall som videre kan fraktes vekk. På denne måten slipper man å deponere store mengder slam der hovedtyngden består av rent vann. Ved å ta ut store mengder slam før det når selve renseanlegget, vil belastningen på anlegget reduseres og resultatet bli enda bedre.

Figur 18 egen bilde fra befaring 28.Januar

27 3.7.2 Sandfang

Figur 19 Sandfang Container -Sandfang, slamføler SLU-103-PF

Service og vedlikehold av sandfang

 Måling av sand/slam nivå: Sandfanget bør ikke være fylt med sand/slam til mer enn 50% av vanndybden. Vanndybden er målt fra bunnen av containeren til væskeoverflaten.

 Fjerning av slam fra sandfanget: Når sandfanget er mer enn halvfullt må slammet pumpes ut. Et autorisert firma må eventuelt kontaktes for å utføre arbeidet og slammet må deponeres i henhold til instruks.

Figur 20-Ukentlig vedlikehold på sandfang Container

28 3.7.3 pH-sensor:

pH-sensor, SS-sensor er lokalisert i blandingstanken (se merket området i figuren).

Figur 21- pH sensor, Mjk PHIX COMPACT

Tidligere doseringsmengden av saltsyre kunne beregnes av alkaliteten til

tunelldrivevannet, det er nå utviklet bedre metoder for justering av pH og det er ikke være nødvendig med en stor etterpolering for å ha kontroll på pH. Det kan legges inn en eller flere sensorer som styrer doseringen av syre. PH sensor skal sjekkes for urenheter på elektrodeside. Sjekkes To ganger i uken, eller hvis PH avlesing begynner å variere utenom normalt. Kalibrering av PH sensor. Hver 14 dag.

Figur 22- pH-sensor med leverandør forklaring

3.7.4 Suspendert Stoff-sensor:

SS-sensor: I installasjoner med mye urent vann, med tendens til sedimentering eller uttørring, er det nødvendig med rensning.

29

4 Resultat

4.1 Begrensningsverdier i utslippstillatelsen

I utslippstillatelsen fra Nordland Fylkeskommune er satt begrensninger på ulike utslippskomponenter. Samt rutiner og tidsintervall på hver prøvetype.

Tabell 3 i teoridelen gir fullstendig oversikt om spesifikasjoner som prosjektet er pålagt.

De relevante utslippskomponentene i denne oppgaven er pH-verdi og suspendert stoff i vannet. Maks tillat grense for pH-verdi som vannet kan ha når det renner inn til

resipienten (Bodøelva) er 6-8, og 100 mg/l for suspendert stoff.

HE benytter vannrenseanlegg type 580 fra Containertech for å nå de akseptable verdiene og mineralsyre-metoden (saltsyre) for pH-justering.

4.2 Beskrivelse av resultatet

For å kunne besvare resultatmålene i denne oppgaven, må vi analysere resultater av ulike vannprøver. Resultater av utslippskontroll og prøvetaking (vannprøver) er vist i diagrammene i dette kapitelet. Målinger er basert på digitalmålinger (logg) innbygd i renseanleggets kontrollrom og ukentlig måling av en akkreditert lab (Manuel

prøvetaking). Byggherre sørger for at det tas prøver av renset driftsvann og tar egne stikkprøver. Når prøver tas, skal tilført vannføring måles med en usikkerhet på maksimalt 10 %, og registreres. Virksomheter som utfører prøvetaking, herunder konservering, er akkreditert for prøvetaking og har god kvalitetssikringssystem for prøvetaking. ALS Laboratory Group Norway AS, laboratoriet tilfredsstiller kravene i NSEN ISO/IEC 17025

Krav om prøvetaking er fastsatt i utslippstillatelsen fra Nordland Fylkeskommune punkt 3.3 Utslippskontroll og journalføring. «Det skal gjennomføres målinger av utslipp til vann så lenge tunneldriften pågår. Målinger omfatter prøvetaking, analyse og/eller beregning.

Målinger/beregninger skal utføres slik at de blir representative for virksomhetens faktiske utslipp og skal omfatte komponenter som er regulert gjennom grenseverdier, som er suspendert stoff (SS), olje og pH»

( Nordland Fylkeskommune, 2012)

30

Vannprøver ble tatt i Bodøelva ukentlig av HE og stikkprøver av BH. Dataene viser at både entreprenør og BH har vært presis og nøye med prøvetakingen.

Prøvene er representative for driftsvannet. Prøvene ble tatt med jevne mellomrom gjennom året. Prøvetakingstidspunktet er i henhold til en tidsplan oppsatt på forhånd i virksomhetens internkontroll.

Det skal vurderes en helhetlig resultat av prøvene, men i dette kapitelet fokuseres på 2017 med flere diagrammer og detaljer.

Tabell 6- eksempel på resultat av en ukentlig prøvetaking analysert på lab

4.3 Vannprøve resultater fra byggestart til dagens dato

Nedenfor er resultater av pH-verdi og Suspendert stoff-verdi i resipienten (Bodøelva) etter renseprosessen. Det er analysert resultater fra byggestart i April, 2015 til April, 2017. Diagrammene er basert på ukentlig (manuellprøvetakking) og digitalmålinger på renseanleggsystemet (logg).

31 4.3.1 Målinger av pH-verdi

Figur 23- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Mai - Des.2015

Figur 23 er diagrammet som viser alle digital og manuell målingene i 2015,

Figur 24- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Januar-Des.2016

Figur 24 viser alle resultatene av vannprøve-målinger i 2016, høy pH-verdi i en prøve i august var fra digitallogg som er daglig prøve.

Figur 25- pH-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) fra Januar-April 2017

Figur 25 viser diagrammet for digitallogg og ukentlige-målinger i nåværende år. Det observeres at om våren starter utfordringer ved økning av vannmengder og temperatur.

32

Figur 26- Middelverdi av pH fra logg+ prøvetaking (januar-April.2017)

Samme data med ulike visualisering av pH-verdi stabilitet og variasjon i 2017

Figur 27- Resultater for pH-verdi av kun ukentlige målinger

I resultat diagrammene ovenfor tilhører utslippsvann fra Bodøtunnelen, den bygges som en del av bypakke Bodø, og skal stå ferdig i 2018. Fra byggestart for tunnelen februar 2015 til slutten av april 2017, ser vi at pH-verdien er innenfor den tillate grenseverdien.

Kun et par prøver har vært over den kritiske verdien som er resultatet av noen justeringer under vedlikeholdsrutiner ifølge HE.

33

4.3.2 Resultater fra målinger av Suspendert stoff-verdier

Figur 28- Middel SS-verdi (logg + ukentlige prøvetaking) April-Des.2015

Figur 28 viser at alle resultater av prøvetakingene i 2015 er under den tillate grensen på 100 mg/l

Figur 29- Middel SS-verdi (logg + ukentlig prøvetaking) Januar-Des.2016

I figur 29 observeres noen avvik i suspendert stoff-målinger- avviket er periodevis i høst og våren. Utvasking av slam på grunn av nedbør er hovedårsaken til dette avviket.

34

Tabell 7 Avviksverdi på SS- målinger i 2016

Dato Målt verdi Etter 10% marginer

26.01.16 130 117

27.01.16 121 119

14.03.16 162 146

24.05.16 128 115

30.05.16 142 127

06.06.16 180 162

30.07.16 136 122

28.08.16 128 115

27.10.16 150 135

13.12.16 158 142

Når vi analyserer verdier på avvikene ser vi fort at dette har vært i maks en dag, og verdien sank innenfor den akseptable verdien.

Målingene er fra digital logg som måles hver minutt og sendes det videre som rapportering dagen etter.

Når man leser gjennom vedlikeholds instrukser, konkluderer man med at det er rom for kortvarige avvik ved bytting/rengjøring av de ulike sensorene/pumper og tømming av slam i containerne. Derfor står i vedlikeholds rutiner at anlegget skal stoppes når filter eller andre komponenter byttes/sjekkes.

Vedlikehold av renseanlegget er planlagt og lagt ulike prosedyrer på områder/

komponenter etter leverandørens anbefalinger og instrukser.

Tabellene 6, 7 nedenfor viser at det praktiseres god og tilstrekkelige rutiner for vedlikehold av anlegget, internkontroll, miljøplanoppfølging, risikovurderinger og sikkerjobbanalyse SJA er lagt inn i kommunikasjonsplattformen mellom HE og BH.

Resultater av vannprøver rapporteres fortløpende til byggherre og dermed NFK for oversikt over statusen på renseanlegget og mengde utslipp.

35

Tabell 8 Beskrivelse av vedlikeholdsrutiner fra HE

Tabell 9 digitalt målinger fra renseanlegget

36

Driftsstatus overvåkes med elektroniske signaler ved normal drift og/eller avvik

Figur 30- Kontrollrom ved renseanlegget - egen bilde fra befaring 17.Februar

Figur 31- Overvåkningssignal på resirkulering/renseanleggsystemet. Kilde: Eget bilde

37 4.4 Resultat av resirkulering av driftsvann

Som ett meget god miljøtiltak for ressursbesparelser praktiserer HE gjenbruk av

driftsvannet. HE opplyser, som viser i figur 30 under befaringer 17. februar og 28. januar som gjennomført i forbindelse med denne rapporten, at resirkuleringssystemet klarer å gi en gevinst på ca.40 % gjenbruk på driftsvannet.

Dette er miljøbesparelses tiltak i tillegg til ressursbesparelse økonomisk og driftsmessig.

Gjenbruk av driftsvann i byggefasen reduserer vannforbruk som fører til redusering av den totalet mengden av utslippet.

Det er nevnt i Statens Vegvesen håndbok (Vegtunneler Vedlegg 3 YM - V3.5 Utslipp av vann – V3.5.1)

At: «Vann som benyttes i byggefasen bør resirkuleres for å redusere vannforbruk og redusere utslipp»

(Vegtunneler Håndbok N500 - Statens Vegevesen, 2016) Oversikt av resultatene er illustrert ved hjelp av diagrammer for prosjektet fra byggestart til dagens dato.

Figur 32- resirkuleringssystem av driftsvann-Eget bilder

38

4.4.1 Resultater av gjenbruk av tunneldrivevann i prosjektet

Figur 33- Gjenbruk av driftsvann fra Mai-Des.2015

Figur 35 viser gjenbruk av driftsvann i 2015, rødlinjen er gjennomsnittet på gjenvinning av ca. 100 m³ vann per dag.

Figur 34- Gjenbruk av driftsvann fra Januar-Des.2016

Gjenbruk på driftsvann var ca.121 m³ som gjennomsnitt i 2016, figuren viser en linearforhold av effekten på gjenbruk i løpe av året.

Figur 35- Gjenbruk av drivevann i Bodøtunnelen for 2017

39

5 Diskusjon

5.1 Hvilke utslippstillatelse-krav/regelverk gjelder ved gjennomføring av utvalgte driftsvann i Bodøtunnelen?

Utslippstillatelse fra NFK som gjelder for anleggsperioden 2013 – 2017. Tillatelsen er definert som risikoklasse 3, ut i fra areal og volumet, tiltaket beregnes som tiltak klasse 3 med Areal over 30 000 m2 og volum over 50 000 m3.

I tillatelsen angitt grenseverdier i vilkår 3.1, for pH 6-8 og for suspendert stoff 100 mg/l. De grense verdiene gjelder utslipp til Bodøelva som resipient. Grenseverdiene i tillatelsen er grunnlaget for denne oppgaven.

5.2 Hvilken metode benyttes det for justering av pH-verdien? Krav i kontrakt kontra metoder som involverer nyere teknologi?

Ved kontraktsinngåelse stod entreprenør fritt til å velge metode for å overholde de krav som er gitt i kontrakten. I oppgaven gjennomgås derimot flere forskjellige løsninger for å rense driftsvann. Fra begrensninger i problemstillingen: Etter en periode med forsøk på å innhente litteratur innså jeg at den nyere metoden som kan brukes for pH-justering er CO2-metoden. Det er ikke påkrevd i gjeldende kontrakt hvilken metode skal brukes.

Dermed HE får en fleksibilitet til å velge den metoden de vil.

Mineralsyre (Saltsyre)-metoden benyttes i dette prosjektet for pH-justering.

Det finnes en mer effektiv måtte for pH-justering og det er CO2-metoden som er vist i teoridelen. Som alternativ til justering av pH-verdien er det benyttet blanding med mineralsyre (Saltsyre HCl) som har vært vanligere i tidligere prosjekter.

5.3 Møtes utslipps-kravene i HEs rutiner?

Bruksvannet som kommer fra tunnelen går gjennom en omfattende renseprosess der hoveddelen av slammet tas ut etter sentrifugering og deretter passerer filter som er betydelig mer finmasket enn boreriggens filter, vil dette regnes som et forebyggende tiltak til det avviket som har skjedd. I perioder med kraftige nedbør har dette resultert i utvasking av slam fra anleggsområdet ved temperaturutjevningsbassenget.

40

5.4 Er det mulighet for å etablere CO2-metoden? Drift og økonomiske konsekvenser?

For å analysere det hvilken metode er mer økonomisk å benytte, må vi ha oversikt over saltsyrebruk og sammenligne den med CO2-gass forbruket.

Renseprosessen med CO2 gir andre og viktigere gevinster enn å eventuelt redusere kostnader. I følge besvarelse fra HE via en e-post opplyser at det er vanskelig å svare vedrørende saltsyre forbruket i prosjektet, da det har variert mye, men anslagsvis i 2017 kun brukt 50-100 liter døgnet. Mens i våren 2016 var oppe i 150-200 liter døgnet.

I et forsøk om å finne CO2-gass forbruket, ble det funnet i et intervjuet med Neal Nordahl-prosjektleder hos Veidekke Entreprenør AS med bygg.no kommenterer at de har ikke eksakt data over CO2-forbruk i prosjektet.

Bruk av CO2-metoden for rensing av tunneldrivevann gir en mye enklere og sikrere håndtering. Samt bedre arbeidsmiljøet.

Prosjektet har foreløpig ingen gode tall på hvor mye syre-rensingen koster sammenlignet med CO2-metoden.

Ved etablering av CO2-metoden for justering av pH-verdien, det vil komme kostnader knyttet til CO2-anlegg og investeringskostnader som utstyr og installasjon i tillegg driftskostnader som gassforbruk, flasker og fordamperanlegg med oppfølging og vedlikehold. Det finnes mange utenlandske leverandører og noen i Norge som leverer produkter til CO2-metoden.

(Byggindustrien bygg.no, 2017)

Fremdriftsplanen til Bodøtunnelen viser at det er gjennomført mer enn 75% av tunnelsprenging, noe som vil si at det blir ikke lønnsomt å vurdere benyttelse av CO2- metoden nå siden nåværende metode fungerer som det skal.

41

(Bypakke Bodø - Statens Vegvesen, 2014)

Figur 36- illustrasjon på fremdriftsplan i Bodøtunnelen (April 2017)

5.5 Hvordan kunne rutinene forbedres for å unngå avvik?

Forebyggende tiltak mot sekundære vannkilder (Vedlikehold av bassengene) Status på renseanlegget er greit nok, noen effektiviseringspunkter kan være riktig vedlikehold av temperaturutjevningsbasseng.

Figur 37- Temperaturutjevningsbasseng- Eget bilde fra befaring 28. januar

Dette er på grunn av at ammoniakkgass som er giftig er helt avhengig av pH som slippes til vannet. Forholdet mellom temperatur og pH-verdig er i proporsjonalitetsforhold med omdannelse av ammonium til ammoniakkgass. Det blir mer utfordring å senke pH- verdien om sommeren når det blir varmedager.

 Utfordring ved temperatur økning om sommeren:

Om sommeren (ved høye temperaturer) blir det litt mer utfordrende å justere mengde ammoniakk i vannet. Siden omdannelsen er avhengig av pH-verdi og temperatur. Jo høyere temperatur og ammonium, jo mer omdannelse av den giftige ammoniakk som renner inn til Bodøelva.