123 av moderna tiders föroreningar i dagvatten har detekterats i den första stora undersökningen av sådana ämnen i dagvatten som utfördes i Minnesota. Ämnena kunde till varierande del avskiljas i järndopade sandfilter visar fullskalemätningar.
Av: Jörgen Hanaeus
Framväxande, oönskade ämnen i dagvatten (CEC- contaminants of emerging concern) har mätts i existerande dagvattensystem i Minnesota, USA. 384 ämnen har analyserats från 36 provtagningspunkter och 123 av dessa ämnen återfanns i dagvattnet; 31 av ämnena i fler än 50 % av proverna.
Ansatser har gjorts, via gruppering av ämnestyper, att hänföra dessa till vissa årstider eller geografiska positioner, vilket givit blandad framgång, men många lärdomar. Mycket data presenteras.
För behandling av dagvatten har enklare metoder som dammar och filter kompletterats med järndopade sandfilter. Genomförda fullskalemätningar visar olika effekt för olika CEC:s utmärkt, nära 100 %, för bl a koffein, nikotin och flera hydrofoba ämnen (ex PAH:s, bisfenol A); troligen hjälpt av adsorption till avskilda partiklar. Betydligt sämre för vissa lösta ämnen, t. ex. pesticider.
Bakgrund
I USA började dagvattenutsläpp att regelstyras 1990. Efter mer än 25 år finns ännu många kunskapsbrister i spåren av klimatförändring, avrinningsområdens karaktär, föroreningstillförsel och teknikutveckling (BMP, Best Management Practise) med decentraliserade inslag.
I Minnesota och flerstädes har järndopade sandfilter (ca 5 vikts-% järn) kommit till användning för dagvattenbehandling. Partikelavskiljningen är god och 80 % reduktion av löst fosfor har också uppmätts. Driftsproblem (igensättning mm) kvarstår fortfarande, men framför allt saknas data för enheternas separation av framväxande problemämnen, CEC.
Många av de ca 80 000 organiska kemikalier som framställs globalt har nyligen funna eller misstänkta oönskade miljöeffekter och kategoriseras då som CEC. I begreppet ingår hormoner, pesticider använda på landsbygd och i stad, industriprodukter, läkemedel för människor och djur, hygienprodukter, ”livsstils”-produkter som koffein och nikotin, benzotriazoler, flamskyddsmedel och plasticerare. De flesta av dessa ämnen är oreglerade i bestämmelser men återfinns i toxikologiskt väsentliga sammanhang.
Många av dessa ämnen återfinns i naturliga vattendrag, även där traditionella avloppsverksutsläpp saknas (ex. nationalparker).
Utsläpp av urbant dagvatten är inte problemfritt ur kvalitetssynpunkt; t ex har ökad dödlighet för lax och zebrafiskar påvisats.
Biofiltrering av dagvatten i labskala har gett lovande resultat avseende toxiska ämnen och järnoxider har visat sig avskilja sura pesticider (sämre dock för mer neutrala sådana, ex. atrazin).
Artikeln anses vara den första omfattande studien av CEC:s i dagvatten och målet var att karakterisera dessa samt att undersöka i hur stor omfattning de avskiljdes i järndopade, fullskaliga sandfilter.
Fältarbete
Provtagning utfördes (fyra replikat) under fyra regnhändelser, olika årstider 2015-2016 vid 9 provtagningspunkter i stora dagvattenledningar (φ> 1m) i Minnesotaregionen inklusive 3*2 prover (in/ut) vid dopade sandfilter. Regionen har ett kontinentalt klimat och får årligen i medeltal 1380 mm snö och 777 mm regn. Proverna analyserades med avseende på 384 CEC:s samt suspenderade ämnen och fosfor. 219 pesticider analyserades, inklusive 110 nedbrytningsprodukter, samt 106 läkemedel i filtrerade prover. Ledningsproverna togs från avrinningsområden med 50-70 % av ytan använd till bostäder. Hårdgöringsandelen var ungefär 50 %.
Analysresultaten bearbetades med hierarkisk linjär modellering.
Resultat
123 av 384 undersökta CEC:s återfanns i åtminstone något av de 36 dagvattenproverna; i medeltal 35 CEC:s/prov. Åtta av ämnena återfanns i 90 % av proverna; 31 av dem i hälften av proverna. Analysvärden återfinns i stor omfattning i artikeln, t ex detekterings %, median- och maxkoncentrationer för de ämnen som återfanns i mer än 25 % av proverna. Vidare gjordes klusterbearbetning för att hitta årstidsvariationer eller geografiska variationer för olika ämnesgrupper. Dessa visas i ett kombidiagram med olika färgintensitet för sambanden.
De järndopade sandfiltren reducerade signifikant 17 CEC:s varav 14 av de ämnen som detekterats i mer än 25 % av proverna. Hög avskiljning (89-100 %) erhölls för nikotin, acetaminofen, trifenyl, fosfat, kolesterol och flera ämnen ur PAH-gruppen. Moderat avskiljning (ca 72 %) för mentol och koffein; måttlig (ca 30 %) för DEET (Dietyltoluamid, i insektsmedel) och tributylfosfat.
Många av de bäst avskiljda ämnena är hydrofoba, medan flera av de hydrofila, t ex herbicider, fångas in dåligt. Starkt polära ämnen bland de hydrofila har större möjlighet att koppla till järninnehållet i filtren.
Slutsatser
Artikeln innehåller mycket data för de många ämnena, vilket kan vara ett stöd för de som vill jämföra med egna analyser. Att försöka avskilja hundratalet ämnen i stora dagvattenmängder är en grannlaga uppgift och en del lärdomar meddelas alltså här.
En detalj i problemområdet: I Berlin har frekvensen 2 cigarettfimpar/m2 uppmätts som medeltal (max > 1400) vilket i simulering getts dagvattenkoncentrationen 0,6 mg/L nikotin.
Global cigarettkonsumtion har skattats till 16 miljarder/dygn och även om inte alla möter dagvattnet är det en påtaglig källa.
Källa: Fairbairn, D.J.1), Elliott, S.M.2), Kiesling, R.L.2), Schoenfuss, H.L. 3), Ferrey, M.L1)., & Westerhoff, B.M.3) (2018): Contaminants of emerging concern in urban stormwater: Spatiotemporal patterns and removal by iron-enhanced sand filters. Water Research, 145, pp 332-345.
Författarna från:
1) Minnesota Pollution Control Agency, 520 Lafayette Rd,St Paul, MN,14A0740E-6A31-49DE-84B6-86A559CF2731, USA
2) United States Geological Survey, 2280 Woodale Dr, Mounds View 1627, MN 8339DB18-B430-4CAE-B1A5-DEF108D6C135, USA
3) St. Cloud State University, Aquatic Toxicology Laboratory,720 Fourth Ave. South, St. Cloud MN C5EFDEFB-230D-4828-B5A1-0E98D6165CD8, USA
Korresponderande författare: david.fairbairn@state.mn.us
