Avsatta sediment i avloppsledningar är ett bekymmer, bland annat för att de underlättar svavelvätebildning och sänker transportkapaciteten. I Tyskland sker regelbunden spolning till höga kostnader. Denna tyska studie undersöker hur sediment byggs upp i tre akrylplastledningar med D= 300mm.
Av: Jörgen Hanaeus
Till tre parallella ledningar i akrylplast, 10 m långa och φ 300 i 1 ‰ lutning pumpades obehandlat, kommunalt avloppsvatten med flödet 2 l/s. För att få en normalare råhet klistrades slippapper på innerytorna motsvarande en råhet k=0,4 mm. Vanliga avloppsparametrar som COD och SS registrerades. Under de 30 första dygnen ökade sedimenthöjden med i genomsnitt 0,75 mm/d. Sedimenten byggdes inte upp kontinuerligt, utan minskade tidvis pga erosion. Under ett dygn kunde avsättningarna minska med upp till 20 mm i genomsnitt; lokalt med upp till 100 mm. Efter 50 d utbildades en jämvikt mellan sedimentering och erosion.
Bakgrund
I Norra Westfahlen krävs spolning av avloppsledningarna när avsättningarna passerar 15 % av ledningstvärsnittets höjd, vilket inträffar med ungefär 2 års intervall, ibland tätare. Då ledningsnätet omfattar 90 000 km blir spolningskostnaden 50 miljoner Euro/år. Det är då angeläget att få en god förståelse av sedimenttillväxten. Ett vanligt antagande är att sedimenten växer till kontinuerligt med tiden. Tagna prover visar att det inte är ett riktigt antagande då sedimenthöjderna visade sig variera mycket.
Vidare undersökningar är alltså angelägna. Då mätningar i verksamma avloppsledningar är mycket osäkra, valdes att göra pilotuppställningar. Målet för dessa var att bestämma tillväxten för sediment och fastslå om en jämvikt nås och i så fall efter hur lång tid.
Försök
Tre rör av akrylplast med 10 m längd och φ 300 mm riggades upp. För att ge tillgänglighet gjordes flera fönster i rören. Lutningen kunde varieras mellan -10 till + 20 ‰. Tidigare, liknande studier har gjorts med syntetiskt avloppsvatten men här bedömdes det värdefullt att använda verkligt avloppsvatten som då togs från inloppskanalen till Ölbachtals avloppsverk i Bochum, Tyskland. En pump med fri öppning av 76 mm transporterade vattnet till mindre tankar före resp rör. Höga regnflöden i kanalen medförde att partiklar revs loss och gav tillfälligt ändrad vattenkvalitet.
För att få en realistisk råhet i rören limmades slippapper fast på innerytorna (k= 0,4 mm). Rören lutade 1‰ under dessa experiment och flödet var 2 l/s.
Sedimentnivåerna i rören mättes med ett rörligt skjutmått på 40 ställen längs ledningarna, i tvärsnittets horisontella mittpunkt. Jämförelsevis uteslöts varannan mätpunkt, vilket gav en skillnad i resultaten på endast 1 % vad gäller genomsnittshöjd och total volym för sedimenten.
Beroende på viss turbulens i in- och och utloppsdelarna av rören valdes att fokusera på sträckan 2-6 m i resp ledning, där flödesbetingelserna bedömdes konstanta.
Resultat
Mönstret för sedimentuppbyggnaden över tid var alltid likartat. Ganska omgående kunde sedimenthöjder av upp till 10 mm observeras. Orsak till dessa avsättningar var fibrösa material; huvudsakligen hygienprodukter, som vidhäftade vid rörväggen. Dessa material har stor kontaktyta mot vattnet och kunde därför lossna i flödet, vilket medförde stora svängningar i sedimentprofilen längs ledningen ifråga under de första dygnen.
Efter 4-7 dygn utvecklades en biofilm som täckte slippapperens sandkorn. Det medförde att mindre av fibröst material, vidhäftat till rörväggen, kunde iakttas. De relativt voluminösa fiberpackarna tillät närliggande mineralpartiklar och organiska partiklar att sedimentera i bakomvarande ström (foton visas av detta förlopp i tiden). Efter en vecka var depositionen heterogen och mellan 0-30 mm i höjd med enstaka överskridanden.
Med tiden fylldes gapen mellan de individuella aggregaten och en mer homogen sedimenteringsprofil utbildades; jämnare ju längre tiden gick.
Under de första 30 dygnen bestämdes medeldepositionshastigheten till 0,75 mm/d. Emellertid visade sig profilhöjden efter 5 månader vara något lägre än efter 3 månader, vilket berättade att ett mönster av erosion och deposition inträtt. Genomsnittlig höjdförändring här var 2,85 mm/d med sporadiska förändringar om upp till 20 mm/d.
Ett orsaksförlopp var: bakom stora konglomerat av fibröst material svallade avloppsvattnet tills trycket blev tillräckligt för att driva dem framåt i ledningen vilket skedde med en hastighet av 0,01-0,1 m/s. Parallellt skedde viss erosion.
Under den längsta mätserien om 150 d uppmättes en medelsedimenttjocklek om 35 mm. Detta värde överskreds första gången efter ca 50 d, varför värdet 50 d uppfattades som den tid som åtgått till utbildat jämviktstillstånd.
Slutsatser
Under de givna testförhållandena uppkom sediment inom några få dygn. Genomsnittstillväxt de första 30 dygnen var 0,75 mm/d. Växlande perioder av erosion och sedimentering ledde till utbildandet av en jämviktsnivå; här efter ca 50 d.
Ledningsforskningen får betecknas som mager både ur ett svenskt och internationellt perspektiv. Relativt enkla studier som denna borde vara mer frekventa med tanke på ledningsnätens stora värden.
Källa: Lange, R.-L., Wichern, M. (2013) Sedimentation dynamics in combined sewer systems. Water Science and Technology 68, 4 pp 756-762
Hela artikeln finns att köpa här.
Författarna från Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum, Germany.
Korrespondens: ruben.lange@rub.de
