Fosforavskiljning med markbehandling för hushåll i områ

Av: Jörgen Hanaeus

För att undersöka bidragen från hushållsavloppsvatten till fosforkänsliga vattendrag har en studie av avloppsanläggningarna från fyra hushåll genomförts i North Carolina. Alla fyra hade slamavskiljare som första steg. Två anläggningar hade infiltrationsbäddar och följdes med grundvattenrör i flödesriktningen mot närmaste ytvattendrag. Två anläggningar hade markbädd (sandfilter) och följdes med prov på utflödet till ytvatten samt med grundvattenprov från markbäddens närhet för läckagekontroll. Endast den lösta andelen fosfor (fosfatfosfor) fokuserades. Fem provomgångar genomfördes under olika årstider 2015.

Fosfatreduktioner 95 % (infiltration) och 83 % (markbädd) avseende utsläpp till närmaste ytvattenrecipient uppmättes. För markbädd rekommenderades fortsatt utveckling, t ex med fosforadsorberande material.

Bakgrund

Fosforutsläpp från hushållsanläggningar för avloppsvattenbehandling var en källa som behövde undersökas i North Carolina, som har flera näringskänsliga ytvatten. En utgångspunkt var att fosforhalter från slamavskiljare hade skattats till 2-12 mg Tot-P/L (USEPA, 2002). Regler har uppställts med utsläppskrav på avloppsverk, jordbruksmark och dagvatten och därefter har alltså de enskilda fastigheterna (ca 2 miljoner i P-känsliga områden) med lokal avloppsbehandling fokuserats. Tillstånd till 4 900 nya lokala avloppsenheter beviljades mellan 2006 och 2010.

Kunskap finns om närsaltsavskiljning i kustområdena som domineras av sandiga jordar. I Piedmontområdet är lerinslaget i jordarna större. Grundvattnets mäktighet är också större. Detta motiverade en studie i Piedmontområdet; inte minst för att ett stort antal lokala avloppsanläggningar är belägna där och projektmålet var att skatta fosfatbidraget till ytvatten från områdets lokala avlopp.

De flesta systemen (”konventionella”) består av slamavskiljare, infiltrationsbädd och ett föreskrivet avstånd, vanligen  >15 m, till närmaste ytvatten i flödesriktningen. Under infiltrationsytan ska finnas en luftad, aerob, zon, med omättat flöde.

Där tillräckligt markdjup eller porositet saknas har utsläpp till ytvatten accepterats, t ex genom slamavskiljare och anlagt sandfilter (markbädd) som följs av utloppsledning till ytvattenrecipient.

Försök

Två konventionella system med slamavskiljare och infiltrationsbädd kompletterades med vardera ett tiotal grundvattenrör, på 5-35 m avstånd i avloppsflödesriktningen. Jordprover togs i samband med borrningen. Båda platserna hade en brunn uppströms. De användes som referens för opåverkad grundvattenkvalitet.  

System ett hade fem brukare och hade varit i drift 18 år. Den hydrauliska konduktiviteten beräknades till 204 cm/d och den luftade zonen var drygt 3 m. System två hade 2 brukare och hade varit i drift 85 år. Hydraulisk konduktivitet 152 cm/d. Luftad zon ca 1 m.

Två markbäddar med slamavskiljare kompletterades med vardera 2-3 grundvattenrör; ett nära bädden för utläckagekontroll och ett på ca 50 m avstånd för referens. Prov på utgående vatten från markbädden togs också. System tre hade 2 brukare och hade varit i drift i 47 år medan system fyra hade tre brukare och hade varit i drift 42 år. Den hydrauliska konduktiviteten i omgivande markmaterial var som väntat låg; 4 resp 9 cm/d för de båda systemen.

Slamavskiljarvolymerna var knappa 4 m³ för samtliga system.

Prov togs i mars, maj, juli, september och november 2015. De innefattade bestämning av grundvattennivå (piezometrar), pH, temperatur, konduktivitet, löst syre, klorid och redoxpotential. Prov på utgående vatten från slamavskiljare och på närmaste ytvattendrag togs också. 

Resultat

För infiltrationssystemet 1 var PO₄-P-halten från slamavskiljaren i genomsnitt 6,6 mg/L. Nedströmsvärdena, nära-35 m från infiltrationsytan, var alla <0,02 mg/L. Relationen klorid/PO₄-P var två tiopotenser högre för grundvattnet efter 35 m än för slamavskiljaren, vilket styrker att man inte missat avloppsströmmen i grundvattenprovtagningen. 

System 2 hade 7,8 mg/L PO₄-P ut från slamavskiljaren, medan 15 m- och 35 m-värdena var 0,029 resp 0,025 mg/L. Opåverkad bakgrundskoncentration uppmättes till 0,008 mg/L. I närmaste ytvattendrag var koncentrationen 0,016 mg/L. Cl/PO₄-P -värdena styrkte avloppsströmmens riktning.

 System 3 hade 5,7 mg PO₄-P/L från slamavskiljaren. Grundvattenrören nära markbädden visade lika värden som referensgrundvattnet på andra sidan recipientfloden; dvs något läckage var inte troligt. Utgående fosfatfosforhalt från bädden var 0,108 mg/L. Mottagande flod höll 0,053 mg/L och fick troligen P-bidrag från andra enskilda anläggningar.

System 4 hade också 5,7 mg/L ut från slamavskiljaren och utflödet från markbädden höll 0,81 mg/L i genomsnitt. Utsläppet skedde till ett dike. Intill markbädden uppmättes 0,25 mg/L, vilket indikerade ett mindre utläckage.

Alla prover innehöll löst syre; i marken 3-5 mg O₂/L. Vattentemperatur ca 15-20 °C.

Slutsatser

Man drog slutsatserna att infiltrationsanläggningarna gav minimala bidrag till ytvattnets fosforhalt och att det var av större intresse att utveckla markbäddarna; t ex genom att infoga ett P-adsorberande material. Markbäddarnas ålder och mineralinnehåll diskuterades också.

Studien är relativt enkel, om än ambitiös på gårdsnivå, men det är av intresse att följa resonemangen. N-analyser ska utföras för nyanlagda system och man förslog att P-analyser också skulle krävas.

Författarna från:

1. East Carolina University, Greenville, NC, USA.
2. Environmental Health Sciences, East Carolina University, Greenville, NC, USA.
3. Coastal Resources Management Program, East Carolina University, Greenville, NC, USA.
4. North Carolina Department of Health and Human Performance, Raleigh, NC, USA. 
5. Department of Geological Sciences, East Carolina University, Greenville, NC, USA.
6. Department of Engineering and Institute for Coastal Science and Policy, East Carolina University, Greenville, NC, USA.

Kontakt:  humphrey@ecu.edu