Då solstrålningen är viktig för desinfektion av avloppsvatten är det angeläget att förstå dess nedträngningsdjup i en biodamm. Tre våglängdsområden för strålningen har undersökts i en grund tropisk damm under drygt ett år.
Av: Jörgen Hanaeus
Solstrålningen anses vara den primära desinfektionsfaktorn i mognadsbiodammar (maturation ponds) men dess djupverkan är mindre känd. Här har strålningen delats upp och mätts som PAR (photosynthetic active radiation, synligt ljus) med våglängder 400-700 nm, UV-A (320-400 nm) och UV-B (290-320 nm) vilka uppmätts på och vid olika nivåer under vattenytan.
Det system som undersöktes bestod av avloppsvatten från 250 pe som tillfördes en motströms slamfiltsreaktor följd av två mognadsbiodammar och ett stenfilter.
Strålningen UV-A och UV-B nådde endast ca 10 cm ner i dammen, medan PAR-strålningen kunde detekteras vid 30 cm, om än försvagad och inte lika skarp i tiden. Strålningen avklingade exponentiellt med djupet.
Bakgrund
Biodammen är en av världens vanligaste metoder för avloppsvattenbehandling, särskilt frekvent i utvecklingsländer, och därför ofta en nyckel till förhindrande av smittospridning från avlopp. Uppehållstid och solstrålning är de viktigaste parametrarna för desinfektionsresultatet i biodammar. I Latinamerika är skillnaden mellan vinter och sommarklimat inte så stor, vilket gynnar biodammen som åretruntlösning.
UV-B (våglängd 290-320 nm) anses vara den starkaste komponenten för desinfektion, men svarar bara för ca 0,2 % av den totala solinstrålningen som når vattenytan mitt på dagen. UV-A (320-400 nm) står för ca 5 % och PAR (fotosyntetiskt aktiv strålning) 400-700 nm för ca 50 %.
I de ytligare dammlagren är algbildningen påtaglig, vilket hämmar strålningens nedträngning. Algintensiteten kan skattas via turbiditetsmätning.
Projektet här avsåg att mäta strålningen på olika djup i en grund biodamm under ett år.
Försök
Den anläggning som användes till försöken bestod av en anaerob upflow slamfilt följd av två mognadsbiodammar och ett stenfilter. Den ligger i Belo Horisonte, Brasilien och betjänar 250 invånare.
Damm nummer två hade longitudinella baffles (inga i damm 1) som dock inte skymde strålningen och den användes till mätningarna.
För mätningar fanns en väderstation som detekterade vad som benämndes den totala solinstrålningen i W/m2 var 20 minut, spannet 300-1100 nm, och även mätte lufttryck.
Sensorer för UV-A, UV-B och PAR placerades på olika djup i dammen 2; 5cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm och 30 cm på stöd som stod på dammbotten – totalt djup 44 cm.
Strålningsstyrkan vid vattenytan för de tre våglängdsintervallen beräknades från uppmätt total solstrålning med schablonfördelning på intervallen enligt Shilton.
Resultat
De nämnda strålninggrupperna verkade alla till 10 cm djup i dammen, men för 15 cm och djupare kunde endast PAR-strålningen detekteras. Alla grupperna gav värden från kl ca 5 till 19 med topp mellan kl 12 och 13; något olika för grupperna. Detta utgår från medelvärdeni under 1 år och 4 månader och i varierande väderlek.
Strålningen (medelvärden) avtog för alla grupperna exponentiellt med djupet och funktionen R = R0 * e –kz kunde användas. Där är R0= strålningen vid ytan (z=0) och k en avklingningskoefficient. För grupperna blev kUV-A ca 95 m-1, kUV-B ca 82 m-1 och kPAR ca 15 m -1 alla med ett något högre värde kring kl 12. Försök gjordes att integrera den uppmätta turbiditeten i sambandet, men förbättringen beräknad/uppmätt strålning (W/m2) blev obetydlig. Högsta uppmätta medelvärde för den totala instrålningen var 688 W/m2 (kl 12.50)
Turbiditeten på de olika nivåerna följde strålningskurvorna rätt väl; här med medelvärdesrörelser mellan ca 80-90 NTU. Extremvärden om 20 och 200 NTU noterades under perioden.
Slutsatser
Vi bedömningen av desinfektionskapaciteten hos dammar är det värdefullt att förstå provtagningsdjupets inflytande, då UV-strålningen sjunker snabbt. Om provtagningar kompletteras med analyser av innehållet av patogena mikroorganismer är det viktigt att relatera till djup, tid på dygnet och aktuell väderlek för att förbättra tolkningen.
Källa: Dias, Daniel & von Sperling, Marcos (2018): Solar radiation (PAR, UV-A, UV-B) penetration in a shallow maturation pond operating in a tropical climate. Water Science & Technology, 76.1, pp 182-191.
Författarna från:
Department of Sanitary and Environmental Engineering, Federal University of Minas Gerais, Av. Antonio Carlos 6627, Escola de Engenharia, Bloco 1, Sala 4622. Belo Horizonte 31270-901, Brazil.
Kontakt: danielfcdias@hotmail.co.uk
