Är storleken av nederbördens first flush viktig för påverkan av biofilter som används för dagvattenrening? Är restprodukter från svampodling användbart som material i sådana biofilter?
Av: Jörgen Hanaeus
För att undersöka inverkan på biofilter av en first flush vid nederbörd gjordes försök i pilotskala med trädgårdsjord som dominerande material i biofilterkolonner, φ150 mm akrylplast. Aktiverat kol eller rester från vattenrening (Al-, Fe-hydroxid) tillsattes för att förbättra fosforavskiljningen. Rester från odling av ätliga svampar (WEFCM) ersatte träflis (wood chips) som kolkälla för den samtidiga nitratreduktionen.
Snabb urbanisering med åtföljande hårdgöring av ytor har medfört en ökad transport av näring till vattendrag. Motåtgärder har skapats, bland annat decentraliserade bioretentionsanläggningar.
Bioretention har undersökts med flera ingångar, bland annat materialval, för att få ett gott näringsupptag. Partikelavskiljning har ofta varit framgångsrik i flera konstruktioner av filtertyp medan avskiljning av löst fosfor och kväve varit knepigare. Särskilt kombinationen av dessa ämnen har varit svåråtkomlig då separationsmekanismerna varit olika.
Beträffande kvävet har en dominerande del av avrinningen bestått av nitrat och avskiljningen av denna har åstadkommits via denitrifierande zoner, anaeroba eller anoxiska och med kolkälla där träflis, pappersavfall och kokosnötsfibrer provats.
Där dessa material provats har utläckage av fina partiklar blivit ett problem efter en tid och partikelnivån ut har blivit klart högre jämfört med utan kolkällan.
Här har intresse uppstått för att prova ett medium i form av rester från matsvampsodling (WEFCM). Matsvampsodling har en långvarig bakgrund i Asien och har ökat i omfattning på senare år. Huvudinnehållet i WEFCM är cellulosa och lignin, materialet har också undergått fermentering och stabilisering i anaeroba förhållanden under framställningen av matsvamp.
För att förstärka fosforupptaget har provats biokol och kommersiellt aktivt kol. Även restprodukter från vattenrening har tillsatts (ca 5 %) i den dränkta zonen och förbättrat P-upptaget med drygt 50 %.
Bioretenterande filter används sällan ensamma för att justera dagvattenkvaliteten, utan flera enheter kombineras. I Kina konstrueras ”Sponge cities” med en följd av retentionsenheter som möjliggör lagring av stora nederbördsmängder.
I det följande har dessa frågor ställts:
Hur påverkas utgående vattenkvalitet från bioretentionen av en högre first flush? Fungerar restprodukter från svampodlingen som kolkälla vid bioretentionen? Samt: hur står sig vattenreningsrester mot aktivt kol vad gäller fosforseparation vid bioretention?
Försök
Kolonner för bioretention, 8st, transparanta, (här kallade biofilter) ställdes upp vid Bejings universitet. Diameter 150 mm. Från botten: 10 cm grus, Trädgårdsjord (87 %) + (10 % kommersiellt aktivt kol) + träflis (björk. 3 %), höjd 70 cm (2 st).
Som föregående, men med träflisen utbytt mot 3 % svampodlingsrester (2 st).
Som den första men med det aktiva kolet utbytt mot 10 % vattenreningsrester (2st). Som föregående men med träflisen utbytt mot 3 % svampodlingsrester (2 st). Utloppet placerades 20 cm ovan botten. Alla filter planterades med växter som frekvent användes i biofilter i norra Kina: Iris lactea Pall.
Två försökskategorier genomfördes: läckagetest från materialen (kranvatten användes) och drifttest (med syntetiskt vatten plus gatudamm från universitetsområdet doserat i pulser motsvarande regn). Inkommande höll COD = 200 mg/L, Tot-N= 5 mg/L, Tot-P = 1,3 mg/L, SS = 300 mg/L.
First flush konstruerades så: de första 20 % av vattenvolymen innehöll 20, 40, 60 eller 80 % av föroreningsinnehållet. 20-20 innebär alltså att ingen first flush förekom.
Varje försök drevs under 120 min och repeterades. Försöken pågick under tre sommarmånader, medeltemperatur +21 ºC.
Resultat
Läckageförsöken visade en successivt minskade koncentration ut från filtren. Kväveläckaget var snarlikt för alla biofilter och stabiliserade sig vid ca 2 mg Tot-N/L. Fosforläckaget var också likformigt för filtren och stabiliserade sig vid ca 0,05 mg Tot-P/L. Beträffande filtret med tillsatta vattenreningsrester plus svampodlingsrester höll detta det högsta stabila utgående COD-värdet, ca 50 mg/L, där de övriga filtren höll ca 10 mg/L.
Vid regnsimuleringsförsöken gav filtren med vattenreningsrester (=W) och träflis (C=chips) eller svampodlingsrester (=M) (WC, WM) den bäste reduktionen av totalkväve, drygt 70 %, medan de med aktivt kol (AC, AM) gav ca 55 %. Samma tendens erhölls för totalfosfor, där WM-filtren lyckades bäst, ca 92 % reduktion, därefter WC-filtren med ca 88 %, AM-filtren med ca 85 % och AC-filtren med knappa 80 %. För COD-effekten gav AC-filtren lägst utgående halt med ca 75 mg/L; AM- och WM-filtren ca 110 mg/L samt WM-filtren ca 140 mg/L.
First flush-försöken gav en vattenreduktion från avdunstning, absorbtion och lagring under regntillförsel om ca 15 % med måttliga skillnader mellan filtren. Undantaget WM-filtret med first flush 20-40 som enbart nådde halva värdet.
Reduktionen av totalkväve ökade något med ökande (andel av massan i) first flush. Separationen låg kring 65-80 % för försöksperioden. Ökningen per first flush styrkesteg (20 %) var ca 4 %, relativt lika mellan filtermaterialen.
För övriga mätta parametrar: SS, COD, Tot-P, NH4-N, var first flush effekten oregelbunden och med stora standardavvikelser. SS-reduktionen sjönk klart från 20-20 (ca 95 %) till 20-40 (ca 90 %), varefter de åter steg (till ca 95 %) med ökande flushstyrka.
COD-reduktionerna sjönk från 75 % till ca 55 % för materialen AC och AM men steg för WC och WM-materialen från låga 20-40-värden, kring 20 %, till närmare 60 % för 20-80-nivån.
Tot-P-reduktionerna steg från 50 %-nivån till omkring 70 % med ökande first flush för WC och WM-materialen. Däremot låga värden för AC, AM-materialen, ca 30 % upp till 20-40 styrka, därefter stegring till 75 %-nivån vid högre flush-styrka.
Slutsatser
Rester från svampodling var användbara som kolkälla för N-avskiljningen i filtren, dock med viss risk för läckage och ökande COD-värden ut.
Reduktionen av totalkväve ökade för de provade filtermaterialen med ökande styrka i first flush. För övriga mätta parametrar var sambanden oregelbundna och svårbedömda.
Källa: Zhang. W.a,b,c), Tao, K.a), Sun, Ha) & Che, W.a,b) (2022):Influence of urban runoff pollutant first flush strength on bioretention pollutant removal performance. Water Science & Technology Vol 86, No 6, pp 1478-1495.
Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment, Ministry of Education, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China
Beijing Engineering Research Center of Sustainable Urban Sewage System Construction and Risk Control, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China
Beijing Energy Conservation & Sustainable Urban and Rural Development, Provincial and Ministry Co-construction Collaboration Inovation Center, Beijing 100044, China.
Kontakt: weizhang021 [ a] 163.com
