Våtmarker kan konstrueras för att uppfylla olika separationskrav i avloppsbehandlingen. En våtmark i Tjeckoslovakien har ambitionen att reducera framför allt kväve. Erfarenheterna från två års drift av en småskalig, trestegs våtmark, lämplig för ett hushåll, redovisas detaljerat i artikeln.
Av: Jörgen Hanaeus
En kort återblick görs över några tidigare utvecklingssteg för konstruerade, sammansatta våtmarker. De vanligaste växterna för anläggningar med vertikal resp horisontell strömning redovisas. Försöksanläggningen beskrivs med geometri och kornstorlekar. Intermittent drift och tre anläggningssteg, efter en slamavskiljare: Vertikal, mättad strömning, följd av fri vertikalströmning (ej nivåreglerad) samt horisontell strömning med styrd vattennivå. Resultaten återges veckovis för de vanligaste parametrarna, med särskilt fokus på kvävet: ammonium och nitrat eftersom man förväntar strängare krav på kväve. Driftstörningar beskrivs.
Artikeln avsluts med en kostnadsdiskussion, där den undersökta våtmarken ställs mot en småskalig aktivslamanläggning avseende både anläggning och drift (i Tjeckien).
Bakgrund
Våtmarker med horisontellt eller vertikalt vattenflöde är vanliga metoder för att behandla avloppsvatten. Dessa renodlade system ger dock höga kväveutsläpp, eftersom horisontalflödesanläggningarna inte oxiderar ammonium och vertikalflödesanläggningarna i omättad zon visserligen oxiderar ammonium till nitrat, men inte bidrar med någon större denitrifikation utan släpper ut höga nitrathalter. Detta motiverar intresse för hybridanläggningar; alltså kombinationer och blandformer mellan anläggningstyperna.
Anläggningen
Den försöksanläggning som komponerats i den tjeckiska artikeln fokuserar på kvävereduktion och en småskalig tillämpning. Avloppsvattnet för motsvarande fem personer (ett hushåll) togs ut efter mekanisk rening vid Trebons avloppsverk (8000 pe). Pumpning till försöksanläggningen gjordes 2 ggr per dygn. Det första steget där utgjordes av ett cirkulärt vertikalströmningsfilter i en plastbrunn med 1,6m diameter fylld med grus, 4-8mm, porositet 44%, till 1m djup. Utloppsröret från botten drogs upp utvändigt för nivåreglering i brunnen. Inledningsvis hölls vattennivån 5cm under filterytan och gjorde alltså filtret anaerobt. På filtret planterades bladvass (P. australis). Filtret överbelastades i slutet av det första försöksåret (2007) varefter de översta 40cm av filtermaterialet byttes till kornstorleken 16-32mm (porositet 50%). Huvuduppgiften för detta steg var denitrifikation, men viss reduktion av organiskt material och partiklar förväntades också. Allt grusmaterial bestod av krossad granodiorit.
Det andra steget utgjordes av ett fritt dränerande vertikalströmningsfilter (ingen nivåstyrning). Filtret var rektangulärt 1,2m ggr 1,3m alltså 1,56m2 i yta och med djupet 0,8m, även det med planterad bladvass på. Utloppsröret mynnade i en pumpsump, varifrån vattnet pumpades till steg tre. Stegets huvudsyfte var att nitrifiera. Det var också fyllt med grus 4-8mm, men dålig nitrifikation under 4 månader gjorde att allt filtermaterial ersattes med sand, 1-4mm.
Det tredje steget bestod av en grusbädd (4-8mm) där vattnet strömmade horisontellt under mark. Ytan var 8m ggr 0,75m, alltså 6m2, och djupet 0,7m med rörflen planterad ovanpå.
Anläggningen startades i april 2007; provtagningen började i juni samma år. Beroende på de problem med nitrifikationen som nämnts ovan stängdes anläggningen i slutet av 2007, byggdes om och återstartades i maj 2008 och drevs till årets slut då frysproblem i det första filtret och senare i röret mellan filter 1 och 2 gjorde att försöksperioden avslutades. Året 2007 tillfördes kl 08 och kl 20 varje dygn sammanlagt i genomsnitt 460 l avloppsvatten. Recirkulationen från utloppet till steg 1 var 200 %. Härigenom uppnåddes belastningarna 54, 89 resp 7,7 cm/d på de tre filterytorna. Dessa belastningar var uppenbart för höga, med igensättningsproblem, och sänktes för 2008 till hälften. Flödet minskades till 230 l/d och recirkulationen till 100%. Uppehållstiden i filter 1 ändrades därigenom från 0,8d till 2,2d och i filter 3 från 4d till 8d. Vattenprover togs två gånger i veckan i fyra olika punkter.
Resultat
Organiskt material (BOD5) avskiljdes väl redan i filter 1; 60-70% och totalt i anläggningen ca 95%.
Beträffande kvävet uteblev som nämnts nitrifikationen de fyra första månaderna, innan grusmaterialet i det dränerande filtret byttes till sand. Denitrifikationen blev förstås också måttlig.
Syrehalten i det dränerande filtret steg i och med bytet från ca 0,8 mgO2/l till 4,5 mgO2/l vilket givetvis var välgörande för nitrifikationen. Huvudskälet till dåliga effekter i det dränerande filtret var en alltför kort uppehållstid (sekunder) i det grövre materialet.
Denitrifikationen började redan i det horisontella filtret (tredje) och fullföljdes efter recirkulation till det första filtret. Efter nämnda ändring reducerades inkommande ca 30 mgN/L till utgående ca 6,5 mgN/L; kvävereduktionen blev goda 75 % . En skattning av växtlighetens betydelse gav bidragen 7,8 % och 3,7 % för bladvassen på det första resp andra filtret och ca 8 % för (den större) rörflensytan på filter 3, räknat på totalt inkommande kväve.
Halten suspenderat material minskade från 59mgSS/l till 4mg SS/l det första driftåret och från 80 mgSS/L till 9 mgSS/l det andra driftåret.
Fosforkrav ställs i Tjeckien enbart på anläggningar större än 5000pe och fosfor var därför ingen viktig parameter här. Under försöksåret 2008 uppmättes ändå en fosforreduktion från 5,2 mgP/l till 1,8 mgP/l. Alla filtren bidrog och växternas bidrag skattades till 5,3 % och 2,3 % för bladvassen i de första filtren, samt 4,8% för rörflensytan på det tredje filtret.
Slutsatser
Artikeln vill inspirera till användande av s k hybridvåtmarker, dvs att spela med delprocessernautgående med syftet med aktuell behandling. Artikeln, som är mycket tillämpad, visar på möjligheter till långtgående kvävereduktion genom val av driftssätt. Fosforreduktionen har inte uppmärksammats på motsvarande sätt och svenska förhållanden skulle kräva ett mer uttalat adsorbtionssteg för att en anläggning ska kunna accepteras. Värdet av artikeln är främst resonemangen kring kvävekomponenterna, kring valet av kornstorlekar samt redovisade driftstörningar och kostnader. Tidsförloppen är förhållandevis detaljerat redovisade. Angivna belastningsvärden blir lärorika genom att systemet periodvis överbelastats. I övrigt har utvecklingen i Skandinavien varit väl så snabb och artikelförfattarna hade vunnit på att använda fler än den enda referens från Norge eller Sverige (Maehlum& Stålnacke 1999) som nu fick komma till tals.
Källa: Vymazal, J., Kröpfelova, L.: A three-stage experimental constructed wetland for treatment of domestic sewage: First 2 years of operation. Ecological Engineering Vol 37/1. 2011 P 90-98.
Hela artikeln i Ecological Engineering finns att läsa här.
Korrespondens: Jan Vymazal, Czech University of Life Sciences in Prague, Faculty of Environmental Sciences, Department of Landscape Ecology. vymazal@yahoo.com
