Fördelningen av metaller och organiskt material i partiklar i gatudagvatten från två mätställen presenteras för olika partikelstorleksklasser. Mätningarna, som är gjorda i en stor kinesisk stad, tar särskilt fasta på den första avrinningen (first flush) vid regn.
Av: Jörgen Hanaeus
Den urbana dagvattenavrinningen är numera betraktad som en viktig föroreningskälla för omgivande recipienter. Här har samlats upp sediment från tre olika regntillfällen som har sorterats in i sex storleksklasser och analyserats m a p innehållet av Zn, Pb och Cu, organiskt material som COD och BOD5 samt totalinnehållet av petroleumkolväten (TPH:s).
För att få uppslag till behandlingssystem för urbant dagvatten har innehållet i den första avrinningen fokuserats och ställts mot innehållet i den fortsatta avrinningen. För de undersökta metallerna är de första 30 minuternas avrinning den dominerande.
Bakgrund
Med en ökande mängd fordon, fabriker och befolkning stiger föroreningsnivån i urbant dagvatten. Föroreningskomponenter fäster i allmänhet vid asfalt och till finare partiklar vid gatuytan. Vid regn spolas föroreningarna med och hamnar i närmaste recipient. Forskningen kring dessa förlopp kan delas in i två grupper: Partiklar som deponerats på gatumarken (RDS, Road Deposited Sediment) samt den första avrinningen vid regn (first flush).
Emissioner till gatudagvatten kommer främst från förbränningsprodukter från fordon, friktion mellan däck och mark samt från bromsbeläggningar. Forskningen har främst rört metaller, men även organiskt material ger föroreningsbidrag som inte fått samma uppmärksamhet.
Avrinningen i början av regnet förväntas innehålla de högsta föroreningskoncentrationerna. Om den dimensionslösa avrunna ackumulerade ämnesmassan Mt/Mtot avsättes mot volymen för ett regn (Vt/Vtot) i % och man noterar hur sambandets linje ser ut jämfört med 45-graders linjen kan man definiera en first flush på lite olika sätt. Om gapet dem emellan blir större än t ex 0,2 kan en first flush sägas inträffa. Alternativt kan man definiera FF om 30 % av avrinningen innehåller 80 % av ämnet (30/80-standard) eller 20% /40 % (20/40-standard).
Karakteristisk avrinning är dock ett komplext begrepp då såväl partikelbindningen som trafiksituationen och regnförloppet, t ex antal dagar från senaste regn, kan variera.
Ett bidrag till kunskapsinsamlandet kommer här från två mätpunkter i staden Changsa halvvägs längs floden Yangtze River i Kina och med 8 miljoner invånare. Subtropiskt monsunklimat råder.
Material och metod
Två mätpunkter riggades: P1 ligger i ett förstadsområde med främst bostäder och skolor i omgivningen och en relativt låg trafikvolym. P2 ligger på en bro i centrala Changsa med hög trafikbelastning. Omgivningen är främst hotell, shoppingområden och höga kontorsbyggnader.
Undersökningen delades in i två etapper: 1) insamling av sediment i torrt väder med analys av föroreningsinnehåll och 2) kontinuerlig insamling av dagvatten under regn följt av analyser.
Insamling av sediment (1) gjordes när det varit torrt väder utan vind i minst tre dagar. Material samlades inom 50 cm från rännstenen och på 10 m längd. Insamlingen gjordes manuellt med borste och sopskyffel.
Provtagning enligt (2) gjordes i närmaste gatubrunn efter 5,10,20,30,45 och 60 min avrinning, 0,6 L per prov. Tre regn täcktes in, februari-mars 2020, sammanlagt 30 prov.
Stora partiklar (fimpar, löv etc) plockades bort vid (1) varefter återstoden av sediment torkades och siktades i sex klasser efter öppningar: 0,075 mm, 0,25 mm, 0,5 mm, 1 mm och 2 mm.
Resultat
Massfördelningen för partiklarna i de olika klasserna var tämligen lika vid de två provpunkterna. Störst var intervallet 0,25-0,5 mm med ca 25 % av totalt insamlad massa, följd av intervallen 0,075-0,25 mm, 0,5-1mm och >2 mm med ca 20 % vardera. Minst var intervallet < 0,075 med ca 2,5 %.
Ämnesfördelningen, specifikt (mg/kg partiklar) per storleksklass, visade att metallinnehållet sjönk med ökande partikelstorlek medan det organiska materialet (COD) ökade. Påtagligast för bly; 230 mg/kg i lägsta klassen till ca 15 mg/kg i högsta. Därefter Cu 100/10 och Zn 40/5 mg/kg.
COD visade 6 mg/g i lägsta klassen, sjönk till 2 mg/g i följande klass och steg därefter till ca 14 mg/g i högsta klassen.
Från regnproverna visade sig halten suspenderade ämnen (SS) öka snabbast relativt 45-graderslinjen i M(V) diagrammet. Om first flush definieras som vad som rymdes inom 30 % av avrinningen erhölls för de olika ämnena: SS 78-90 %, Pb 40-63 %, Zn 41-69 %, Cu 47-63 %, COD 38-72 %, BOD5 44-57 %, TPH:s 36-55 %. Allt ämnesinnehåll är alltså större än avrinningens 30 %.
Föroreningshalterna i sedimenten var högre än i den lokala jorden.
Slutsatser
Ämnestopparna i avrinningen hamnade inom de första 30 minuterna, vilket alltså kan vara en utgångspunkt för behandling av dagvattnet.
Källa: Qian, G.1,2), Zhang, J.1), Li, X.1),Yu, H. 1), Gong, X.1) & Chen, J. 3)(2021). Study on pollution characteristics of urban pavement runoff. Water Science & Technology 84.7 pp 1745-1756.
Författarna från:
School of Traffic and Transportation Engineering, Changsia University of Science and Technology, Changsa 410114, Kina
National Engineering Laboratory for Highway Maintenance Technology, Changsia University of Science and Technology, Changsia 410114, Kina
Fuljan Academy of Building Research Co., LTD, Fuzhou, Fujian 350108, Kina
Kontakt: lixi [a] csust.edu.cn
