I områden med begränsad vattentillgång, i detta fall Israel, ökar intresset för återbruk av avloppsvatten. Här har delar av ledningsnät simulerats avseende effekter av återbruk av gråvatten (BDT) i olika omfattning.
Av: Jörgen Hanaeus
Gråvatten kan återanvändas för t ex toalettspolning och bevattningsändamål, vilket till viss del förändrar flödesbilden i efterföljande avloppsnät. Här simuleras effekter av sådant återbruk, främst inflytandet på partikeltransport i uppströms- och nedströmsdelar av ett kommunalt ledningsnät.
Beräkningarna utgår från litteraturvärden på viktiga partikelstorlekar och kritiska hastigheter/skärspänningar för partikelförflyttningar och ansätter olika omfattning av återbruket för att bedöma igensättningsrisker till följd av reducerad partikeltransport.
Bakgrund
Gråvatten (BDT-vatten) genereras vid olika ställen i byggnader. Avloppsvatten från köksbaljor och diskmaskiner kallas ibland mörkt gråvatten medan avlopp från bad, dusch och tvättställ kallas ljust gråvatten. Återbruk av gråvatten kan ge besparing av dricksvatten och åetrbruk av ljust gråvatten har visat sig minska daglig konsumtion av hushållsvatten med ca 25 %. Återbruk av återstående ljust gråvatten för trädgårdsbevattning har visats kunna sänka dricksvattenbehovet med totalt ca 40 %. I flera artiklar menar man dock att gråvattnet bör behandlas före återanvändningen och i någon av artiklarna har man påpekat att det mörka gråvattnet kan lämna med toalettvattnet (svartvattnet) eftersom det ljusa gråvattnet ändå räcker till toalettspolning och trädgårdsbevattning.
Emellertid finns lite arbete nedlagt vad beträffar kunskapen om nämnda återbruks påverkan på förhållandena i avloppsnäten och denna artikel vill söka svar beträffande hur den samlade partikeltransporten påverkas av återbrukets omfattning och fem olika scenarier med återbruk av gråvatten och även med ökat införande av snålspolande toaletter har behandlats.
Studieobjekt
Modellering genomfördes för ett avloppssystem i en israelisk kuststad med ca 15 000 invånare och ytan 1,3 km2. Spillvattennätet hade rördiametrar mellan 0,2 m uppströms och 0,4 m nedströms och total ledningslängd var 6 km. SIMBA6 (Simulation Biologischer Abwassersysteme) användes som simulator omfattande avloppssystem, avloppsverk och recipientvattenkvalitet. Den hydrodynamiska modulen är baserad på en utvidgning av USEPA-modellen SWMM och nyttjades för att simulera avloppsvattenflödena.
Tre nivåer av återbruk i spillvattennätet har modellerats:
- 1) Inget återbruk av gråvatten; hela spillvattenmängden från hushållen går till spillvattennätet.
- 2) Ljust gråvatten (bad, dusch, tvättställ) behandlas och användes till toalettspolning. Överskjutande ljust gråvatten bräddas till spillvattennätet utan behandling, liksom mörkt gråvatten och svartvatten.
- 3) Som 2), men överskjutande ljust gråvatten användes till bevattning.
Vardaglig flödesbild användes som utgångspunkt; helgflödena modellerades inte.
Fem scenarier konstruerades.
- A) Inget återbruk. 100 % av hushållen faller under nivå 1 (nuvarande situation i Israel).
- B) 100 % av hushållen faller under nivå 2 – extrem implementering.
- C) 100 % av hushållen faller under nivå 3 – extrem implementering
- D) 70 % av hushållen faller under nivå 1 och 30 % under nivå 2 (prognosticerad situation i Israel om 20 år).
- E) 70 % av hushållen faller under nivå 1, 15 % under nivå 2 och 15 % under nivå 3.
Spolvolymer för toaletter bedömdes i ovanstående scenarier vara 9 l för full spolning och 6 l för halv spolning, vilket svarar mot dagens situation i Israel.
Ett förnyat simuleringsvarv gjordes sedan med antagna spolvolymer om 6 l resp 3 l (vilket är krav i Israel sedan 2012).
Ansatserna gjordes olika. För uppströmsdelarna av nätet, där man pga tidvis låga vattenhastigheter och även stillestånd kunde förvänta sig större partiklar avsatta, resonerades enligt följande: Ledningslutningen och flödet avgör huruvida dessa partiklar rör sig.
Q(L/s) = aSG/S0,2 styr, där Q är kritiskt flöde, SG är vätskans densitet, S ledningslutningen och a en faktor = 0,25 vid gränsen för partikelns påbörjade (diskontinuerliga) rörelse och 0,45 vid full rörelse. Vid kortvariga pulser, <20 sek, visade sig volymen vatten vara kritisk; V(L) = aSG/S0,2 med a=10 för påbörjad rörelse och a=18 för full rörelse.
För nedströmsdelarna användes en skjuvspänningsmodell med fokus på den spänning τ som fordras för att flytta partiklar som ligger på botten av röret (designpartikeln gavs en volymvikt av 2,7). τ = ρgR(S/100)i Pa, R = hydraulisk radie (m). Kritisk spänning ansattes till τc = k d0,277 där k= 0,867 och d diameter för önskad sandpartikel. Ansatserna följer Walski (2011).
Resultat
De olika scenarierna ritades upp och kommenterades. Maxflöde inträffade mellan kl 8 (i uppströmsrör) och 9 (i nedströmsrör) på morgonen. Med ökat återbruk av gråvatten minskar förstås flödet; dock inte med jämn fördelning över dygnet, utan minskningen är störst vid morgontoppen.
I föreliggande fall överskred i de flesta scenarier maxhastigheten den minimihastighet som behövdes för partikelförflyttning (0,6-1 m/s). Undantaget var det extrema fallet C ovan. När de lägre toalettspolningsvolymerna ansattes kvarstod dessa resultat.
Slutsatser
I uppströmsdelarna av det modellerade nätet bedömdes inte igensättningsrisken som trolig, undantaget ett extremt (100 % av anslutna) återbruk av gråvatten. Dock var perioderna med svag partikelförflyttande rörelse längre vid återbruk (76 % av dygnet jämfört med dagens 67 %). I nedströmsdelarna av nätet överskreds pålitligt skjuvspänningen för full partikelrörelse av 6 mm partiklar under stora delar av varje dygn.
Ledningsforskning har varit en bristvara i Skandinavien, varför det är intressant att ta del av metod och resultat. Återbruk av gråvatten kommer dock sannolikt att dröja i vårt vattenrika land.
Källa: Penn, R.1), Schütze, M.2), & Friedler, E.1) (2014): Assessment of the effects of greywater reuse on gross solids movement in sewer systems. Water Science & Technology 69, 1, pp 99-105.
Hela artikeln I Water Science & Technology finns här.
Författarna:
- 1) Faculty of Civil and Environmental Engineering, Technion – Israel Institute of Technology, Haifa 32000, Israel.
- 2) Ifak – Institut für Automation und Kommunikation, e.V. Magdeburg, Werner Heisenberg-Strasse 1, 39106 Magdeburg, Germany.
Korrespondens och kontakt: ronipenn@tx.technion.ac.il
