Många dagvattenanläggningar avskiljer partiklar relativt bra. Svårare är att komma åt lösta ämnen. Då löst fosfor (fosfat) kan svara för merparten av dagvattnets fosforinnehåll har författarna gjort lab- och fältfiltreringar i Minnesota med inblandning av järnpartiklar i vanlig sand för att öka fosforavskiljningen.
Av: Jörgen Hanaeus
Författarna ger exempel på fosforkällor som bidrar till en högre fosforhalt i dagvatten jämfört med många recipienter och anger litteraturstöd för att över hälften av fosforn kan vara löst.
Man har därför sökt metoder att som komplement till partikelavskiljning separera fosfatfosforn och funnit det framgångsrikt att blanda in järnpartiklar i vanlig filtersand. Blandningar har undersökts i labfilterkolonner och i fullskala med filtermaterialet placerat i diken efter en dagvattendamm. Förändringar av hydraulisk konduktivitet till följd av blandningen undersöktes också.”Minnesotafiltret” med 5% inblandat järn avskiljde 88% av tillförd fosfat, vilket var klart bättre än det sandfilter som användes som referens. Fältmaterial med upp till 10% järn har fungerat i mer än ett år utan minskning av den konduktiviteten.
Artikeln
Bakgrund
I USA har man, liksom i många andra länder upplevt att fosfor är det tillväxtbegränsande ämnet i sötvatten, ofta med algblomningar som konsekvens av överskottsfosfor. Gödsling av gräsmattor, nedbrytning av löv och gräsklipp och detergenter är exempel på fosforkällor till dagvatten. Fosfor transporteras i dagvatten som partikulär fosfor och som löst fosfat. Författarna refererar USA-erfarenheter som anger att den lösta fraktionen kan förväntas vara knappt 50% av total fosforhalt, men också att den i vissa fall kan uppgå till mer än 90%.
Det är alltså angeläget att utvidga dagvattenteknikens partikelavskiljande separationsmetoder med ett steg som även kan minska utgående halt löst fosfor. Av detta skäl har i Minnesota lanserats ett filter, där järnpartiklar blandas med sand för att så utnyttja järnets affinitet till fosfatjoner.
Produktens effektivitet, lämpligt blandningsförhållande mm har undersökts med syntetiskt dagvatten i kolonnförsök och med syntetiskt och verkligt dagvatten i fullskalediken.
Kolonnförsök
Tio försökskolonner av akrylplast konstruerades. Inre diameter 5 cm och höjd drygt 2 m varav 0,1 m nyttjades till grusbotten och 0,42 m till sand-järn-blandningen. Järnpartiklarna bestod till ca 90 % av metalliskt järn, 3 % kol, 1,5 % kisel samt små mängder mangan, svavel och fosfor samt spårämnen. Partikelstorleken gavs efter siktning och den varierade mellan 0,1-2 mm.
Kolonnerna fylldes med järnpartiklar i andelarna 0 % (referens, enbart sand), 0,3 % , 2 % och 5 % med ett par kolonner av varje kategori.
Vatten preparerades från kommunalt dricksvatten med pH 9 och alkaliteten ca 25 mg HCO3/l.
Till detta sattes KHPO4 till 0,34 mg PO43--P/l; en vanlig storleksordning i dagvatten. Ett motiv till användandet av syntetiskt vatten var att man ville testa den hydrauliska konduktiviteten i det blandade materialet utan interferens av externa partiklar.
Kolonnerna belastades med ca 1,5 m/h.
Resultat av labförsöken
Den hydrauliska konduktiviteten uppmättes till ca 0,019 cm/s tämligen oberoende av andelen järnpartiklar. Kontakttiden mellan vatten och filtermedium var ca 5 minuter och mellan järn och vatten idealt 0,1-2 sekunder beroende på andelen inblandat järn.
Fosfathalten in till kolonnerna varierade mellan 0,25 och 0,55 mg/l (skiktning i behållare). Enbart sanden minskade fosfathalten med 10 % (0,33 mg P/l ut); 0,2 % Fe gav ca 20 % (0,27 mg P/l); 2% Fe gav ca 80% (0,066 mg P/l) och 5 % Fe gav 88 % (0,036 mg P/l). Givet den aktuella filterhastigheten angavs den ackumulerade belastningen i m och var ca 200 m när effekterna ovan summerades.
Fältförsök
Två diken med blandat sand-järn-material, 7,2 % Fe resp 10,7 % Fe, anlades kring en fördröjningsbassäng så att allt vatten passerade dikena vid måttliga regn, men en del vatten bräddades förbi vid höga flöden.
Dikena var 12 m långa, 1,5 m breda och 0,6 m djupa. Avrinningsområdet var 6,2 ha och dikesytan var endast 0,24 % av impermeabel yta, att jämföra med 2-3 % som är en vanlig andel filter- eller infiltrationsyta. Mätöverfall fanns efter dikena.
Resultat av fältförsöken
Fem körningar gjordes med diken. Inkommande fosfathalt var 0,03-0,14 mg P/l. I inget fall överskreds detektionsgränsen för fosfat-fosfor (0,01 mg P/l) i utloppet från något av dikena.
Inga igensättningsproblem noterades.
Visst enklare modellarbete utfördes även.
Delar av järnmaterialet rostade; vilket föreföll öka adsorbtionskapaciteten. Däremot kunde inte någon ökande fosfatadsorbtion till följd av adsorbtion på redan adsorberat material iakttas.
Slutsatser
Artikeln visar på ett fungerande filtermaterial, sand med ca 5 % inblandning av järnpartiklar, för att avskilja löst fosfor från dagvatten. Närliggande frågor blir ekonomi och renhet för järnmaterialet samt den i dagvattentekniken alltför sällan ställda frågan: Vad händer sedan, då?
Källa: Erickson, Andrewa)b) and Weiss, Peterc) (2012): Capturing phosphates with iron enhanced sand filtration. Water Research 46, 3032-3042.
Artikeln finns att köpa här.
Författarna:
a) St Anthony Falls Laboratory, Dep ov Civ Eng, University of Minnesota, Minneapolis, USA
b) Dep of Civ Eng, University of Minnesota
c) Dep of Civ Eng, Valparaiso University, Valparaiso USA
Kontakt: eric0706@umn.edu
