Hur variationer i flera anläggnings- och driftsparametrar påverkar utgående vattenkvalitet för en infiltrationsvåtmark har undersökts med en simuleringsmodell.
Av: Jörgen Hanaeus
En vanlig dimensionering av infiltrationsvåtmark (vertikalt flöde) är att förorda 2-4 m2 per person. Flera parametrar kan involveras; filtermaterial, bäddtjocklek, hydraulisk och organisk belastning, pulsdos med intervall och hålfrekvens i spridningsledningen. Inflytandet av dessa parametrar har testats via simulering med modellen HYDRUS (våtmarksmodulen).
Efter modellkalibrering har kornstorlekar ca 0,1-8 mm provats beräkningsmässigt liksom olika belastningar, temperatur, doseringsintervall och antal tillförselöppningar.
Grövre kornstorlek gav sämre reduktion (COD; NH4) och högre koncentrationer ut vid jämförbar belastningssituation. Dock kunde högra belastning tolereras. För finare material bör belastningsintervallen vara längre för att garantera syretillförseln.
Bakgrund
Avloppsvåtmarker har de senaste dekaderna visat sig vara en hållbar, ekonomisk och robust teknik för att behandla flera typer av avloppsvatten. Om nitrifikation önskas har infiltrationsvåtmarken med vertikalt flöde föredragits.
Många dimensioneringsansatser har provats; tumregler, regressionsekvationer, pluggflödesmodeller mfl. Ofta ges en arealbelastning (ex i Danmark, Österrike, Tyskland).
Råd ges även beträffande filterkornstorlek och djup för huvudskiktet, vidare om spridningsledningar, hydraulisk och organisk belastning, dosstorlek och intervall. Värdena varierar dock mellan länderna liksom kraven på behandlat vatten.
Målet för denna studie var att med en simuleringsmodell (HYDRUS) undersöka olika parametrars inflytande på reningsresultatet. Basvillkor var en filtertjocklek av 50 cm och sedan tre olika kornstorlekar: 0,06-4 mm, grov sand 1-4 mm och grus 4-8 mm.
Försök
HYDRUS Wetland Module kompletterad med CW2D biokinetisk modell (från IWAs aktivslammodell) användes. En jordhydraulisk modell (vattenhalt, kapillär stighöjd och omättad hydraulisk konduktivitet) kom också till användning. Vid kalibrering mättes flöden samt in- och utgående halter av COD och NH4-N och olika dataset användes för de tre olika kornstorlekarna.
De parametrar som varierades var organisk belastning: 20,40 eller 80 g COD/m2,d. och doseringsintervall:1,3,6,12 h och antal fördelningshål per m2 spridarrör: 0,5, 1, 2, eller 4 och vattentemperatur: 5,10,15 eller 20 ºC. Kombinationen minsta kornstorlek med COD-last av 40 kunde bara fungera sommartid och med COD-lasten 80 inte alls länge pga igensättning.
För varje kornstorlek gjordes 192 simuleringar; totalt 576. Varje simulering omfattade 200 d och resultaten presenteras som medel- och maxkoncentrationer för de 5 sista simuleringsdagarna. Samma ingående avloppsvattenkoncentrationer har använts bl a COD 495 mg/L (325/163 snabbt/långsamt nedbrytbar), NH4-N 65 mg/L och PO4-P 12 mg/l.
Resultat
Resultaten för de flesta kombinationerna presenteras i tabellform i artikeln. Högsta utgående COD-värden i det finaste materialet var (max/medel) vid 5 ºC, 6 h mellan doserna och 0,5 hål/m2: 136/115 vid last 80 (dock igensättning). Lägsta COD-värden här, vid 20 ºC och last 20, blev 17/17.
Motsvarande (max/medel) värden för utgående NH4-N blev 9,3/1,4 resp 4,7/0,1.
Den grövsta kornstorleken gav med samma förutsättningar som föregående: COD 148/139 och 22/20. Motsvarande för ammonium var 41,7/34,8 och 1,0/1,0.
Stor spännvidd i utgående vattenkvalitet vid de olika parametervärdena, alltså. I övrigt framgick ur den samlade bilden att avskiljningseffekten för COD och NH4 kunde ökas om a) doseringsintervallet minskades (fler doser med mindre volym) eller b) håltätheten i spridarrören ökade. Effekten var större för max-värdena jämfört med medelvärdena.
Lägre temperatur gav sämre utfall. Störst var skillnaden mellan 5 och 10 ºC; minst mellan 15 och 20 ºC.
Slutsatser
De beskrivna designparametrarna gav stort utslag i utgående vattenkvalitet avseende COD och NH4.
De grövre kornstorlekarna gav sämre reduktion och högre utgående halter. Detta kunde förbättras genom fördelning på fler doser per tidsenhet och på flera hålöppningar.
Parameterkänsligheten var större för maxvärdena jämfört med medelvärdena.
I övrigt kan sägas att praktiska villkor för att använda de minsta kornstorlekarna för avloppsvatten sällan föreligger utan extrem förbehandling.
Källa: Bernhard Pucher & Guenter Langergraber (2019): Influence of design parameters on the treatment performance of VF wetlands – a simulation study. Water Science & Technology, 80.2, pp 265-273.
Hela artiken i Water Science & Technology finns att läsa gratis här.
Författarna från:
Institute for Sanitary Engineering and Water Pollution Control, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Muthgasse 18, A-1190 Vienna, Austria
Kontakt: guenter.langergraber@boku.ac.at
