Initialskedet undersökt i vassbäddar för slamavvattning

Initiala vattenrörelser och tidig mineralisering har undersökts i en vassbädd för slamavvattning i Danmark. Avvattningsresultat och mineralisering har uppmätts i en period om två konsekutiva belastningar och även kväveinnehållet har följts.

Av: Jörgen Hanaeus

Vassbäddar för slamavvattning har nyttjats i mer än 40 år, med Danmark som pionjärland. Bäddarna drivs i cykler om belastning – vila och med långa intervall mellan tömningarna; storleksordning 10 år.  En bladvassplanterad bädd om 1050 m² i Helsinge, Danmark har följts i två cykler och vattenhalten på olika nivåer noterats, liksom halterna lättlösligt kol, ammonium och nitrat. De största vattenrörelserna inträffade strax efter belastningsperioden (7d) och en viss kvävereduktion skedde ytnära.

Bakgrund

Vassbäddar för slamavvattning är ett intressant alternativ till mekanisk slamavvattning för små och medelstora avloppsanläggningar. Med Danmark som pionjärland har ca 40 års erfarenhet byggts upp men tillväxten är relativt långsam trots att metoden är billig i anläggning och drift.

Vassbäddarna liknar de äldre slamtorkbäddarna men några väsentliga skillnader finns:

En slamtorkbädd fylls till sitt hela djup om ca 3 dm, varefter en 1-3 månaders torkperiod tar vid (klimatberoende). Därefter avlägsnas torkat slam och underlaget justeras inför nästa utläggning.

En vassbädd belastas i kortare cykler: en veckas pålastningsperiod följd av ett par månaders viloperiod. Därefter lastas på igen och cykeln upprepas utan att torkat slam avlägsnas. Detta får ligga och avvattna i ca 10 år och växer i höjdled ca 10 cm/år.

Ytterligare en skillnad är förstås den planterade vassen på vassbädden;  i detta fall Phragmites Australis, bladvass.

Mycket lite finns i undersökningsväg för initialskedet vid slamutläggning på vassbädd; man har koncentrerat sig på långtidsresultatet och främst då slutlig vattenhalt och mineralisering.

Försök

Här presenteras resultat från två belastningsperioder för en av tio vassbäddar i Helsinge, Danmark. Vassbäddsanläggningen som helhet betjänar fem kommunala avloppsverk med sammantaget 42 000 personer som belastar. Ca 2/3 av slammet kommer från det största verket (mek rening + aktivt slam + kemisk fällning) medan återstående 1/3 kommer från fyra mindre verk och är anaerobt efter lagring.

Vassbäddarna belastas med nära max rekommenderade 60 kg TS/m² och år. Varje bädd har en area av 1050 m², vilket alltså utgör försöksytan, och belastas med 630 t TS/år. Försöksytan tömdes för första gången 2007 och återplanterades och återbelastades 2008.

Tre provtagningspunkter valdes att representera olika delar av bädden. Två områdestyper kunde underhand identifieras: ljust brunfärgade ytor, väl bevuxna och troligen aeroba, samt svartfärgade ytor med sämre växtlighet; troligen anoxiska.

Mätperioden inleddes med att slam pumpades ut under två gånger en timme per dygn under 7 (brutto 11 dygn pga tekniska avbrott) dygn i augusti 2011. TS-halterna var låga; 0,7%. Härefter fick bädden vila under 44 dygn. Därefter ny utpumpning under 7 dygn följd av 48 dygns viloperiod.

Provtagningsrör av PVC slogs ner 1 m i de tre provpunkterna. En kapacitiv vattenhaltsgivare sänktes manuellt ner i dessa varvid vattenhalten 0 – 0,7 m djup kunde mätas. Kärnborrprover till laboratorietest, D=3 cm, togs också i tre djupintervall om 0,3 m.

På extraherade vattenprover mättes vattenlösligt kol (WSC, 590 nm). Redoxpotential mättes i en slurry slam:vatten 1:1. Ammonium och nitrathalter på extraherat vatten mättes med jonselektiva elektroder

Regnmängder registrerades. Multivariat analys utfördes (två principalkomponenter).

Resultat

Den tidiga avvattningen kunde indelas i tre skeden:

Första skedet inträffade 6-9 h efter varje timslång slamutläggning och innebar att huvuddelen av tillfört slamvatten dränerade, vilket gav en direkt sjunkning av slamnivån i bädden.

Det andra skedet försiggick under de ca 7 veckors viloperiod som följde. Här sjönk slamnivån obetydligt, men vattenhalten i slammet minskade långsamt (med ej angiven fördelning på dränering och avdunstning).

Det tredje skedet innebar att nytt slam påfördes det som lagts ut tidigare. Avvattningen fortsatte här efter en kort topp då det nypålagda slammet dränerade genom bädden.

Utlagd slamtjocklek under den första cykeln var 1,43 m, vilken minskade till 0,08 m efter utläggningsveckan och till 0,04 m efter viloveckorna.

TS-halterna i bädden efter viloskedet varierade mellan 44-4 %; de lägre värdena djupast i bädden. Regnet hade litet inflytande; under t ex den första cykeln utgjorde regnmängden ca 3 %  av påfört vatten. Glödresten i torrsubstansen varierade mellan 45-55%; högre värden mot djupet. Redoxpotentialen varierade lite oregelbundet mellan -60 och -200 mV i bädden. Redoxpotentialen och halten löst kol var starkare kopplade till djupet i bädden än till tidpunkten för provtagning.

Vattenlösligt kol avtog med djupet; lägre och stabilare värden mot djupet. Högsta värden vid ytan och just vid belastningsveckans avslutning.

Ammoniumkvävet ökade kort efter slamutläggning, troligen beroende på ammonifikation av organiskt kväve, men avtog sedan mot djupet till värden (cykel 1) ca 800 mg N/ kg TS. Nitratkvävets rörelse var otydligare (N-belastningen var högre under den andra cykeln), men föreföll stiga i början av viloperioden (till följd av nitrifikation) för att åter sjunka med tid och djup till ungefär hälften av NH₄-N värdena.

Slutsatser

Både initiell avvattning (snabb) och mineralisering i bädden utföll ungefär enligt författarnas förväntningar.

Slamtorkbäddar är i Sverige sannolikt mest intressanta för mindre samhällen av åtminstone två skäl. Det ena är förstås att relativt stor yta/pe åtgår; det andra är att ur det organiska materialet från större slamvolymer borde metan utvinnas i stället för att luftas ut från torkbäddar. För det mindre samhället är dock tekniken intressant. Billig teknik med låg energiåtgång.

Beträffande proportioner dränering/avdunstning från slambäddar finns material i Stefan Marklunds lic-avhandling från LTU ( 1997:10).

Källa: Iannelli, R¹⁾., Nielsen, S²⁾., Peruzzi, E³⁾., Piras, F¹⁾., Stövring, M²⁾., Masciandaro, G³⁾. (2013) Short-term performance analysis of sludge treatment reed beds. Water Science &Technology, 68,7, pp 1520-1528.

Hela artikeln i Water Science & Technology finns här.

 Korrespondens: r.iannelli@ing.unipi.it