Fosforinnehållet i avloppsvatten som infiltreras kan ha betydelse för kvävets separation i markprofilen visar följande kinesiska studie som utförts med syntetiskt avloppsvatten i pilotskala.
Av: Jörgen Hanaeus
Infiltrationssystem har testats för avloppsvatten och befunnits uppnå värden som uppfyller kinesisk standard vid en belastning av 100 L/m2,d. Med syntetiskt avloppsvatten har sedan kolonnförsök utförts och tre olika totalfosforkoncentrationer; 5, 15 och 30 mg P/L har provats med avsikt att undersöka hur kväveseparationen påverkas av dessa variationer.
Det visade sig att höga fosforhalter gynnade de denitrifierande bakterierna och därigenom kväveseparationen. Inflytandet av markprofilens djup minskade vid ökade fosforhalter.
Artikeln
Kina är det land i världen som använder mest konstgödsel och man har därför goda motiv att
separera kväve och fosfor från effluenter för att begränsa eutrofieringen i vattendragen. Ett sätt att utföra detta är markinfiltration av avloppsvatten vilket används frekvent i världen och så även i Kina.
Tidigare studier av markinfiltration har bl a visat på att en genomtänkt utformning är väsentlig, att kvävereduktionen utvecklats, att igensättningen av marken är ett vanligt problem och på att förslag att motverka igensättningen lagts fram. Om effekten av fosforinnehållets påverkan på kvävedynamiken finns däremot lite information och om detta handlar denna studie.
Denitrifikationen har bedömts vara en kritisk faktor för kvävereduktionen vid infiltration då den behöver syrefrihet vilket åstadkoms på djupet av markprofilen. Denitrifikationsbakterierna behöver fosfor till sin aktivitet, men fosfor avskiljs normalt nära markytan och fosforbrist kan därför vara ett problem. En försöksserie startades därför med avsikt att i pilotskala undersöka effekten av fosfortillförsel till en markprofil.
Försök
Experimenten utfördes i en transparent, cylindrisk kolonn med 2,4 m höjd och 0,3m diameter. Den jord som användes hämtades från Shunyidistriktet i Bejing och packades till densiteterna 1,32, 1,38,1,46 och 1,50 g/cm3 för nivåerna 0-50 cm, 50-100 cm, 100-150 cm och 150-200 cm respektive. Till de översta 10 cm och de 5 cm i botten användes grusmaterial. Provtagningskranar fanns på var 30 cm där det även var möjligt att ta ut jordprover. Kolonnen genomspolades med kranvatten under 30 dygn och belastades sedan med 100 l/m2,d syntetiskt avloppsvatten. Det innehöll 392 mg COD/L, 64 mg NH4+-N/L, 69 mg Tot-N/L och pH var 7,8. I de tre belastningsperioderna tillsattes 5, 15 resp. 30 mg Tot-P/L, som fosfat.
Försöken inleddes med satsvisa adsorptionstester av ammoniumjoner och fosfatjoner med jordmaterialet. Torkning och centrifugering i labskala.
I pilotkolonnen genomfördes tre körningar med tot-P-halten 5 mg/L, två med 15 mg/L och två med 30 mg/L. Intrimning följd av en månad för varje körning och provtagning efter.
Resultat
Adsorptionsisotermer upprättades för labförsöken och såväl ammonium- som fosfatjoner följde både Langmuirs och Freundlichs isotermer väl med korrelationer (R2) mellan 0,92 och 0,996. Enstaka avvikelse fanns beträffande Langmuir och fosfatadsorption.
I kolonnen var utgående halt av av totalkväve den första perioden 33 mg/l för att sedan minska till 15 mg/L nästa period och därefter stabiliseras vid ca 10 mg/L. Totalfosforhalterna reducerades med 99,6 % vid de tre provade doseringarna.
När tot-P tillsatsen var 5 mg/L ökade tot-N-avskiljningen med djupet. Från 69 mg/L återstod efter 0,2 m 37 mg/L; i huvudsak som nitrat. Hälften av ammoniuminnehållet hade adsorberats i jorden efter 0,2 m. Vid 0,5 m återstod 1 mg ammonium/L; en nivå som var stabil ner till utloppets 2,0 m.
När tot-P-tillsatsen ökades till 15 mg/L ökade reduktionen av tot-N snabbt. Huvuddelen kväve avskiljdes då i de ytligare lagren. Vid tillsatsen 30 mg/L var den ytliga kväveavskiljningen långsammare för att på nästa nivå öka snabbt. En förklaring kan vara på att fosfatadsorptionen tagit upp ytliga platser medan den högre fosforhalten på följande nivå kan ha stimulerat denitrifikationen.
Med högre fosforhalter bedömdes därför erforderligt markdjup för infiltrationen kunna minskas och kvävehalterna ut ändå klaras. Vid Tot-P 5 mg/L behövs 1,4 m djup och vid 30 mg/L behövs 0,8 m djup m a p N-reduktionen.
Slutsatser
I infiltrationskolonnen avskiljdes (vid 100 L/m2,d) 99,8 % av tillförd fosfor (fosfat) och 80 % av tillfört kväve. Jämfört med fosforhalterna 5 och 15 mg P/L halverades kvävehalterna ur systemet vid doseringen 30 mg/L. Denitrifikationen var snabbast här.
En invändning mot försöken kan vara avsaknad av partiklar i tillfört, syntetiskt avloppsvatten. Tillförsel av höga P-mängder är knappast realistiskt även om de avskiljs i markprofilen. För tolkning av infiltrationsförlopp, t ex vid nedåtvandrande fosforfront, är däremot studien intressant.
Källa: Wang, Hongqiang1) , and Zhang, Lieyu2) (2017): Effect of phosphorus on nitrogen migration and transformation in deep subsurface wastewater infiltration systems. Water Science & Technology, 76.11, pp 3086-3093.
Författarna från:
1) College of Environmental and Safety Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China.
2) State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese
Research Academy of Environmental Sciences, Bejing 100012, China.
Kontakt: zhanglieyu@163.com
