Den mättade hydrauliska konduktiviteten Ks i horisontell våtmark under igensättning har bestämts för ett par olika grusstorlekar med nivåavsänkningsmetod och traditionella formler har uppgraderats. Ett delvis perforerat och ett väggtätt ståndarrör utgjorde mätanordningar, det perforerade var att föredra.
Av: Jörgen Hanaeus
Studien syftade till att utveckla mätmetoder för den mättade hydraulisk konduktiviteten, Ks, vid igensättningar i en konstruerad horisontell våtmark. I lab undersöktes flera ekvationer för två olika grusmaterial med avsänkningsmetoden (nivåmätning utan påfyllning). Vidare mättes med två permeametrar av stål i en fullskalig våtmark under fyra år och i en pilotvåtmark under ett år.
Mätningar på de rena materialen i labskala gav hygglig ekvationssöverensstämmelse. I pilotskala och fullskala följdes minskningen av Ks under upp till fyra år. När igensättningen av våtmarken påbörjats var det oillräckligt att mäta den vertikala konduktiviteten; även den horisontella behövde inkluderas. Detta löstes genom den delvis perforerade permeametern vilket också krävde en ekvationsmodifiering.
Bakgrund
Igensättning är med tiden ofrånkomlig i en konstruerad våtmark (Constructed Wetland, CW) med horisontellt undermarksflöde. Utvecklingen kan ses, ofta genom pölbildning på ovanytan. Fenomenet varierar i rum och tid, men är mest påtagligt de första metrarna från inloppet, något vid utloppet.
Igensättningar kan kategoriseras, de är beroende på inflödets kvalitet (organiskt material, partikelinnehåll, närsalter) och flöde, våtmarksutformning, form, storlek, driftssätt, fördelnings- och insamlingsrör. Vidare är aktivitet i bädden viktig, såsom rötternas liv, biofilm, kemiska processer och sammansättningen hos ackumulerat material.
Om belastningen på våtmarkens yta karakteriseras av BOD5 <10g/m2, d och suspenderade ämnen <10 g/m2, d kan partiell igensättning undvikas upp till 15 år efter start. Åtgärder mot igensättning kan i övrigt vara justering av in- och utlopp, intermittent drift, backspolning eller byte av flödesriktning. Svårartad igensättning kan kräva uppgrävning av kladdigt grus och tvättning, kemikaliedosering och på senare tid har även tillsats av maskar provats.
Olika vägar att bestämma aktuell konduktivitet i en våtmark har provats. Spårämnesförsök och mätning av vattennivån i ett par punkter har provats. Upptagning av prover för laboratorieanalys har föreslagits, men att ta ostörda prover har visat sig svårt. Man letar därför in situ-metoder.
En hydraulisk konduktivitet, Ks <500 m/d bedöms vara en gräns där igensättningar starkt begränsar transporten.
Målet för denna studie var att finna en relativt enkel och pålitlig metod att bestämma Ks -reduktion i konstruerade våtmarker pga igensättningsfenomen. För detta ändamål jämfördes med avsänkningsmetod två olika grusmaterial och därefter fortsattes i olika skalor (pilot fullskala) och två typer av in situ permeametrar testades.
Försök
Två olika stålrör med inre diameter 10 cm och längd 1,5 m användes för mätning. En med täta väggar (IMP) och en med laterala öppningar (P), 3,44 *10-4m2, längs en sida med början 25 cm från underkanten. Syftet med den permeabla delen var att innefatta variationer i den horisontella konduktiviteten via upprepade mätningar. Permeametrarna knackades ner med en gummihammare till 32 cm djup. En 7-liters vattentank kunde snabbt tömmas i permeaametern via ventil. Vattennivån i permeametern mättes med en tryckgivare. Fyra nivåer/s noterades under 30 s.
Tio avsänkningsförsök utfördes i lab i centrum av en 1 m2 tank. Två grusmaterial valdes: 0,8-1,5 cm och 1-2,5 cm; porositeten var 0.4. Ekvationerna kalibrerades för den permeabla permeametern som kunde släppa ut vatten genom hålen innan full permeameterlängd utnyttjade.
Den fullskaleyta, 400 m2, som undersöktes tillhörde en poleranläggning efter en SBR-anläggning vid IKEA på Sicilien som var bevuxen med bladvass och innehöll den mindre grusstorleken enligt ovan. Flödet var 75-125 L/m2, d. Pilotanläggningen låg inom samma område och hade två horisontella våtmarksbäddar om 1,5*4 m2 och 1,1 m djup planterade med Canna indica. Prov togs efter 1,2 och 3m i flödesriktningen. Fyra omgångar avsänkningstest utfördes i april och juni 2018.
Resultat
För IMP-permeametern erhölls i labförsöken Ks 19466 m/d resp 12135 m/d för den mindre resp större grusfraktionen. För P-permeametern erhölls 30662 m/d och 20866 m/d. Ett oväntat utfall som troddes bero på kornform och packning.
I fullskaleanläggningen (efter 4 år) blev Ks -värdena efter 7m,17m resp 27m i flödesriktningen som medelvärde av tre transversalpunkter på var nivå: 3542 m/d, 8027 m/d och 7033 m/d för IMP-mätaren och 3221 m/d, 8389 m/d och 6307 m/d för den ekvationskorrigerade P-mätaren.
Värdena för pilotanläggningen var högre än för fullskaleanläggningen, men mönstret var likartat. Pilotanläggningen hade kortare drifttid.
Här har alltså igensättningen pågått och avvikelsen gentemot de rena fraktioner som testats i lab är stor. Vidare är konduktiviteten lägst i inloppsytan, högst i mitten och avtar närmare utloppet, vilket då speglar igensättningsmönstret.
Slutsatser
Den väggtäta (IMP) permeametern och avsänkningsmetoden gav fungerande bestämningar av den mättade hydrauliken, i rent material, mellan lab-, pilot- och fullskala. När igensättningen utvecklas blir sådan bestämning, som baseras på vertikal transport, sämre.
Den perforerade (P) mätaren med en nivåkorrigerad ekvation som medger hänsyn även till horisontell konduktivitet lyckades klart bättre spegla det successiva igensättningsförloppet.
Källa: Licciardello, F.1), Aiello, R.1), Alagna, V.2) , Iovino, M.2), Ventura, D.1) & Cirelli, G.L.1) (2019): Assessment of clogging in constructed wetlands by saturated hydraulic conductivity measurements. Water Science & Technology, 79.2, pp 314-322.
Hela artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.
Författarna från:
- Department of Agriculture, Food and Environment, University of Catania.Via S. Sofia, 100-95123, Catania, Italy.
- Department of Agriculture, Food and Forest Sciences, University of Palermo, Palermo, Italy
Kontakt: flicciar@unic.it
