Att sediment har olika karaktär i kombinerade resp dagvattenledningar visar en studie av fem avloppssystem i centrala Shanghai. Torrperioder och tjuvkopplingar påverkar sedimentens innehåll av organiskt material och partikelstorlekar som i sin tur påverkar erosionsbenägenheten.
Av: Jörgen Hanaeus
För att förstå erosionsmönstren i kombinerade nät och dagvattennät har tre separata och två kombinerade ledningsnät undersökts, genom spolexperiment i pilotskala. Försöken genomfördes med olika konsolideringstider och skjuvspänningar för sedimenten. Olika strukturer återfanns ytligt resp nära botten för sedimenten. Man fann att organiskt material, partikelstorlekar och fuktinnehåll har olika inflytande på sedimentens erosionsbenägenhet.
Vidare hade graden av otillåtna anslutningar till näten påverkan på sedimentens viskositet och därigenom på erosionsbenägenheten.
Bakgrund
Sediment i avloppsledningar kan bidra till föroreningsutsläpp vid bräddningar i såväl kombinerade som separata dagvattensystem; de senare via tillförsel från otillåtna inkopplingar av spillvattennätet. Mängder och kvalitet för de sediment som eroderas beror av flera faktorer såsom föregående torrvädersperiod, regnintensitet och biokemiska och fysiska egenskaper.
Målet för projektet här var att undersöka olika erosionsmönster och initiala effekter för sediment i kombinerade och dagvattensystem efter olika konsolideringsperioder. Storleken på eroderade partiklar och frigjorda föroreningsmängder bestämdes.
I Shanghai hade man funnit att sedimentbildningen per längdmeter var klart större i tätortsledningarna jämfört med de rurala ledningarna och bestämde därför att inrikta en undersökning på de urbana systemen.
Hongkou distriktet har 13 avrinningssystem varav valdes tre kombinerade och två separerade system; de senare normalt utan inblandning av spillvatten. För dessa fem system upprättades provtagningsplaner.
Sedimentprover togs med sugpump från önskad nivå i ledningsnäten till genomspolningsförsöken i pilotskala. En konsolideringstid på fyra timmar tilläts i lab för att överlagrat vatten skulle avskiljas. Tjugo prov togs från resp ledningskategori och olika innerdiametrar valdes; Φ 200-Φ 1200.
Försök
En spolmodell konstruerades med ett ca 7 m lång PVC-rör i lutning 8 ‰, slitsat upptill för att ge möjlighet att tillsätta de sediment som hämtats från ledningsnäten. Röret mynnade i en tank med omrörare (685 L) och kontinuerlig turbiditetsmätare samt möjlighet till återpumpning till PVC-röret vars sediment ska utsättas för skjuvkrafter. Flödesmätare finns på returledningen.
Organiskt material i sedimenten möjliggör förstås tillväxt av mikroorganismer inkl extracellulära polymerer. Konsolideringstiden har därför betydelse och två tider valdes: 0 resp 30 d. Fem sedimentplatser utnyttjades: tre från dagvattenledningar, Φ 400, 800 och 1000 mm samt två från kombinerade ledningar, Φ 800 och 1000 mm. Fyra parallella prov togs på var plats. Efter konsolidering lades sedimenten i försöksröret och testades för flödena 1,3 L/s och 6 L/s. Förutom den kontinuerliga turbiditetsmätningen i tanken togs 200 mL prover i vattnet för att bestämma partikelstorlekar.
Kritisk skjuvspänning definierades inträffa när materialtransporten översteg noll.
Resultat
Medianstorleken på avsatta partiklar minskade med ökande ledningsdiameter och andelen små partiklar blir större (ofta är vattenhastigheten lägre i större ledningar). Partikelstorleken och densiteten är större i kombinerade ledningar jämfört med dagvattenledningar liksom det organiska innehållet i sedimenten.
Vatteninnehållet i sedimenten ökar däremot med ledningsdiametern.
Turbiditeten ökade signifikant vid den högre vattenhastigheten. För de kombinerade ledningssedimenten ökade turbiditeten mer med konsolideringstiden och når sin peak snabbare vilket troddes bero på att lägre liggande lager exponerades tidigare.
Den kritiska skjuvspänningen var lägst, ca 1,6 N/m2, för dagvattenledningen med den minsta dimensionen, Φ 400 mm. De fyra övriga sedimentproven höll ca 1,85 N/m2.
Slutsatser
Kombinerade nät och dagvattennät har olika erosionsmönster som påverkas av konsolideringsperioder, rörkarakteristika, organiskt innehåll, partikelstorlek, fuktinnehåll och densitet.
Vid högre flöde ökade turbiditeten mer ovanför de kombinerade ledningssediment som konsoliderats under en månad. En större reduktion av det organiska innehållet kan vara förklaringen.
Källa: Xu, Z.1), Wu, J.1), Li, H.1,2), Liu, Z.1.3). Chen, K.1,2), Chen, H.1,3) &Xiong, L.1) (2017): Different erosion characteristics of sediment deposits in combined and storm sewers. Water Science & Technology, 75.8, pp 1922-1931.
Författarna från:
1) College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2) Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
3) State Key Laboratory of Pollution Contrl and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai 200092
Kontakt: lihztg@yeah.net
