Syreöverföringen i luftade våtmarker beror bl a på lufttryck och temperatur. Två orter på olika höjd i Sydamerika har undersökts m a p syreindrivning. Våtmarker har simulerats i pilotskala.
Av: Jörgen Hanaeus
Projektet utvärderade syreöverföringen i bäddar som var ämnade att användas som luftade våtmarker och utfördes med några olika bäddkonfigurationer och vid två orter med olika höjd över havet: Talca i Chile 120 möh och Cajica i Colombia 2550 möh (motsvarande 0,76 atm). Resultaten visade att luftning (med diffusorer) försämrades vid den högre nivån. Vidare att ju grövre grus som användes i bädden, desto bättre syreöverföring.
Bakgrund
Artificiella våtmarker har använts för avloppsvattenbehandling i olika sammanhang. Påbyggnad har utförts med bl a luftning, främst för att öka avskiljningen av kväve och organiskt material. Det kan också röra sig om uppgradering av befintliga våtmarker. Systemen har varit framgångsrika och fler än 500 luftade våtmarker finns i drift internationellt.
Luftning med diffusorer har länge praktiserats vid aktivslamanläggningar varifrån mycket kunskap hämtats under åren, särskilt beträffande igensättning av diffusorerna. Emellertid ändras kunskapsbilden en del när man går från aktivslam till luftade våtmarker och som luftningen är ett resurskrävande behandlingssteg är optimering angelägen.
Standardverktyg för utvärdering av syreöverföring i rent vatten har utvecklats (ASCE), med gasöverföringskoefficienten KLa [1/h] där syreöverföring uttrycks som SOTR (Standard Oxygen Transfer Rate), där OTR=KLa (DOsat-DO) /V, där DO=löst halt syre och DOsat dess mättnadsvärde. V är volymen.
Man kan också definiera OTE, Oxygen Transfer Efficiency = (O2,in – O2,ut)/O2,in.
Här ska sökas syreöverföringseffektivitet vid olika grusmaterialstorlek och fördelning och olika hastighet på luftströmmen samt vid olika tryckförhållanden.
Försök
Fyra försökskolonner φ160 och våtvolymen ca 23 L, vattennivå 1 m, konstruerades med diffusorer under den perforerade (flera φ 7 mm) mellanbotten. Kolonn 1 höll enbart vatten. Kolonnerna 2 och 4 var till hälften fyllda med grus; kolonn 2 med grovt grus, 13-19 mm och kolonn 4 med finare grus, 6-13 mm. Kolonn 3 liknade kolonn 2 men med en central PVC-cylinder kring höjdaxeln med diameter 8 cm, höjd 60 cm och försedd med lock och 60 jämnt fördelade hål, φ 27 mm, samt på insidan ett rostfritt nät för att undvika infallande grus. Den var alltså alltså placerad rakt ovanför kolonnens diffusor. Denna var en finporig membranluftare med φ 50 mm.
Tre luftflöden provades: 0,7, 1,5 och 3,6 L/min. Vattentemperaturen var i Chile ca 14 ºC och i Colombia ca 17 ºC. Data loggades var 30 s och innehöll vattentemperatur, löst syre och lufthastighet.
Syretillförseln kontrollerades med traditionell metod: avlägsnande av syre via sulfittillsats följd av koboltstödd tillförsel av syre.
Därigenom kunde KLa, SOTR (kg O2/h) och SOTE (%) bestämmas.
Resultat
KLa-värdena varierade för de tre valda luftflödena mellan 11 och 45 h-1 vid Chileanläggningen och 4-22 h-1 vid anläggningen i Colombia. SOTR-värdena var mellan 1,1 och 6,5 kg O2/h för de olika luftflödena i Chile och mellan 0,5 och 4,5 kg O2/h i Colombia.
Motsvarande SOTE-värden var: i Chile 20-4 % och i Colombia 16-3 %, alltså i huvudsak fallande med ökat luftflöde.
Om luftflödet ökades så minskade effekten (SOTE). Det ökade luftflödet skapade större bubblor vilket gav en ökad stighastighet genom bädden och därigenom mindre tid för överföring.
Parameterökningen kunde med minskande luftflöde vara av storlek 1,6-2,6 ggr (Chile) eller 1,8-2,7 ggr (Colombia). Det var rätt stor skillnad i effekt mellan renvattenkolonnen (1) med effekt 10-15 % och kolonnerna med stenmaterial, 5-10 % i båda orterna.
Atmosfärens tryckförhållanden vid orterna: 0,76 contra ca 1 atm, alltså ca 25 % skillnad, beroende på nivåskillnaden återspeglas i klart högre värden för KLa och måttligt högre för SOTR och SOTE vid den låga nivån (Chile).
Beträffande grusstorleken visade en jämförelse mellan kolonnerna 2 och 4 att alla KLa,SOTR och SOTE var 1,5 till 2 ggr högre för den större grusstorleken (kolonn 2), de större porerna underlättade överföringen. Skillnaden blev dock mindre för de tre parametrarna vid den högre belägna anläggningen och högt luftflöde.
Kolonn 3 med innercylinder gav inga större avvikelser relativt kolonn 2 som hade samma grusstorlek.
Efter ca 10 dagars försök noterades ett tunt dammlager ovanpå diffusormembranen. Grusslitage och utfällningar från vattnet misstänktes. Då den luftade våtmarken utgör en utvecklingsfront bör problemet ges uppmärksamhet.
Slutsatser
Vid luftningsteknik på hög höjd är det klokt att beakta tryckskillnaderna. Vid luftning i våtmark är grusstorleken viktig för syreöverföringen och luftarkontroll bör möjliggöras.
Källa: Vera-Puerto, I.1), Campal, J.1), Martinez, S.2), Cortes-Rico, L.2),Coy, H.2), Tan, S.3), Arias, C.4,5), Baquero-Rodriguez, G.2) & Rosso, D.6,7) (2022): Effects of environmental conditions and bed configuration on oxygen transfer efficiency in aerated constructed wetlands. Water 14, 3284.
Kontakt: ivera [a] ucm.cl
