Source Trace Analysis: Investigating Hydraulic Limits and Cell Count in Trondheim Drinking Water Distribution System
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3026780Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Det er mange utfordringer ved å opprettholde tilfredsstillende vannkvalitet i et vannforsyningsnett. Drikkevann i vanndistribusjonsnettverk er utsatt for forverring av kvalitet forårsaket av reaksjoner ofte knyttet til hydraulisk oppholdstid. Vannkvalitetsproblemer og forurensning i en vannkilde kan spre seg gjennom distribusjonsnettverk, hvor omfanget blir bestemt av hydraulisk grense til kilden. I tillegg former vannforsyningsnett med mer enn en vannkilde, områder i nettet hvor vann fra forskjellig kildene møter og mikser med hverandre. Dette skaper områder i nettverket hvor det er blanding av vann fra flere kilder.
Hovedformålet med denne oppgaven har vært å undersøke gjennomførbarheten til en type vannkvalitetsstudie kalt kildesporing med mål om å identifisere områder med miksing og identifisere hydraulisk grense for de to vannkildene som eksisterer i Trondheim vanndistribusjonsnettverket. Parameter som er velegnet for kildesporing i distribusjonsnettverket i Trondheim ble undersøkt gjennom feltarbeid. Deretter ble det gjort en data-simulasjon på kildesporing ved å benytte hydraulisk modelleringsprogram kalt EPANET. Videre ble det gjennomført et tracer studie med NaCl kombinert med automatisk flowcytometer for å finne sammenheng på celle vekst i vanndistribusjonsnettverket med hydraulisk oppholdstid. Målet var å vurdere om celler i drikkevann kan bli brukt som en parameter for kilde sporing og om celle tall kan bli brukt til å bedømme vann alder i drikkevannsnettverk.
Resultater fra feltarbeid viser at konduktivitet og vannfarge er velegnet parametere for kildesporing, noe som demonstrerer at kildesporing gjennom felt arbeid er gjennomførbar i Trondheim. Ved modellering og simulering ble hydraulisk grense for to vannkildene i Trondheim avdekket, i tillegg til områder som opplever miksing. Celler i drikkevann ble observert til å fluktuere innen en rekkevidde som er relativt stabilt, men forskjellige områder i distribusjonsnettverk ble observert til å ha forskjellige celletall. Dette foreslår at celletall endrer seg i distribusjonsnettverket og er karakteristisk for sted til sted. Forsøk på å danne et forhold mellom cellevekst og hydraulisk oppholdstid mislyktes, hovedsakelig på grunn av at det krevde mer data enn det som ble samlet. Det kreves derfor mer data for at hastigheten på cellevekst i drikkevann kan bli fastslått for distribusjonsnettverket i Trondheim. Dette gjenstår for fremtidig arbeid. There are many challenges of maintaining satisfactory water quality in a water supply network. Drinking water in distribution systems are subject to water quality deterioration that are often related to hydraulic residence time. Water quality issues and pollution in a source can spread through distribution system, where the extent of the spread is determined by hydraulic limits of the source. Additionally, drinking water distribution systems with more than one water source form zones where water from different sources mixes with each other, dividing the distribution system into areas of mixing and no-mixing.
The main purpose of this thesis has been to demonstrate the feasibility of performing a type of water quality characterization study called source trace analysis, with aims to identify mixing zones and hydraulic limits of the two water sources in Trondheim drinking water distribution system. Parameters that are suitable for source trace analysis in drinking water distribution system in Trondheim was investigated through field work. Thereafter, simulation of source trace analysis in Trondheim distribution system with aims to identify mixing zones was performed using hydraulic modelling software EPANET. Furthermore, tracer study with NaCl combined with automated flow cytometry was performed to relate growth of bacterial cell counts in distribution system to hydraulic residence time. The purpose was to assess suitability of using bacterial cell count as a parameter for source trace analysis and investigate whether bacterial cell count can be used to determine water age.
The results from field work showed that conductivity and color are suitable parameter for source trace analysis, showing that source trace analysis with field data is feasible in Trondheim. Through modelling and simulation, hydraulic limits of the two water sources in Trondheim, as well as mixing zones in distribution system were identified. Bacterial cell counts were observed to be fluctuating within a range that differed between locations in the distribution system, suggesting that cell counts are stable in a location but also subject to change during distribution. Relating bacterial cell count to hydraulic residence time in order to determine bacterial cell count growth rate was attempted but did not give a meaningful result, mainly due to lack of data. More measurement of cell counts is needed at more locations before a bacterial cell count growth rate can be determined for water in Trondheim drinking water distribution system and remains for future work.