Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar olika processutformningar och deras prestanda

Transkript

1 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Bra enkla avloppslösningar, Sundsvall, 28. april 2016 Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar olika processutformningar och deras prestanda Professor Petter D. Jenssen Institutt for miljøvitenskap (IMV) Norges miljø- og biovitenskaplige universitet (NMBU)

2 NORGES NORWEGIAN MILJØ UNIVERSITY OG BIOVITENSKAPLIGE OF LIFE SCIENCES UNIVERITET (NMBU) Institutt Department for miljøvitenskap of Plant and Environmental (IMV) Petter D. Sciences Jenssen Mindre avløpsrenseanlegg i Norge Rundt mennesker i spredt bebyggelse og ca hytter er ikke knyttet til avløpssystemer Det er ca renseanlegg i spredt bebyggelse, med følgende teknologier (2011): Markbädd 8% Tett tank 6% Direkte utslipp 4% Infiltrasjon 30% Minirenseanlegg 4% 2 Slamavskiller 47% Andre løsninger 1% Berge and Mellem 2011

3 Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

4 Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

5 GRÅVANN Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Systemer med kildesortering Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

6 GRÅVANN Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Systemer med kildesortering Biofilter Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

7 GRÅVANN Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Systemer med kildesortering Biofilter Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

8 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Slamavskiller - våtvolum (m 3 ) *1 husstand, 5 pe, med WC Norge 4 (3,35)* Sverige 2,00 8 *VA-miljøblad nr 48 (2015)

9 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Slamavskiller - antall kammer *1 husstand, 5 pe, med WC Norge 3 (1)* Sverige 3 9 *VA-miljøblad nr 48 (2015)

10 GRÅVANN Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Systemer med kildesortering Biofilter Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

11 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Infiltrasjonsanlegg - anleggstyper Åpne systemer - infiltrasjon i dammer Arealbelastning cm/d Lukkete systemer - infiltrasjon i grøfter/bassenger Arealbelastning cm/d

12 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Infiltrasjonsanlegg - anleggstyper Åpne systemer - infiltrasjon i dammer Lukkete systemer - infiltrasjon i grøfter/bassenger

13 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES Setermoen infiltrasjonsanlegg 5000pe 13

14 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Civ.% Mil.% 14

15 Slamsedimenteringsbasseng: 1,2 1 2 Infiltrasjonsbasseng: 3,4, Setermoen Infiltrasjonsanlegg 5000pe

16 Slamsedimenteringsbasseng: 1,2 2 Dri;sbygning 1 Prøvtakingsbrønn Infiltrasjonsbasseng: 3,4, Setermoen Infiltrasjonsanlegg 5000pe

17 Prøvtakingsbrønn Grunnvannets strømningsretning Setermoen Infiltrasjonsanlegg 5000pe

18 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Grunnvannets strømningsretning og anleggets influensområde Civ.% Mil.% 18

19 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES 7 m Groundwater level

20 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Setermoen rapid infiltration plant - Treatment performance (%) , yearly averages Jenssen et al. (2014) 20

21 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Setermoen infiltrasjonsanlegg - gjennomsnittlig årlig renseevne fra 1986! KOF % 21! Total nitrogen %! Total fosfor 99% Jenssen et al. (2014)

22 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Setermoen rapid infiltration plant - Treatment performance (%) , yearly averages 1996 Jenssen et al. (2014) 22

23 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Setermoen infiltrasjonsanlegg - gjennomsnittlig årlig renseevne før og etter Jenssen et al. (2014)

24 Fosforfjerning Setermoen renseanlegg gjennomsnitt 99% over 27 år Fosforbindingskapasitet 12 år under hvert basseng

25 Rensing total nitrogen 35-85% Jenssen et al. (2014)

26 Rensing total nitrogen 35-85% Jenssen et al. (2014)

27 Rensing indikatorbakterier Termotolerante koliforme 100/100ml Main sampling well Groundwater level

28 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Renseresultat Åpen infiltrasjon 100,0 92,5 85,0 Bardu Lesja 77, ,0 Organisk stoff (KOF) Fosfor Nitrogen (Kraft 1998 i Jenssen et al. 2006)

29 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Rena infiltrasjonsanlegg 8000 pe Mekanisk forbehandling 29 Infiltrasjon i åpne dammer

30 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Rena infiltrasjonsanlegg 8000 pe 27 m til grunnvann 30 Infiltrasjon i åpne dammer

31 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Rena infiltrasjonsanlegg renseevne Renseevne Fosfor 99 BOF Steenberg - Sørensen (2004)

32 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES Renseeffekter* Organisk stoff (COD): % Suspendert stoff (SS): > 90% Fosfor (P): >99 % Nitrogen (N) 50-70% Bakterier: Groundwater level 4-6 log *Renseeffekt i umetta sone ytterligere rensing foregår i grunnvanssonen.

33 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Infiltrasjonsanlegg - anleggstyper Åpne systemer - infiltrasjon i dammer Arealbelastning cm/d Lukkete systemer - infiltrasjon i grøfter/bassenger Norge: cm/d Sverige: cm/d

34 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Ulike lukkete infiltrasjonsanlegg 34 Kilde:

35 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjonsgrøfter (lukkete anlegg) 35

36 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjonsanlegg - prøvetaking Prøvetakingsbrønn Min 0.5 m Grunnvannsnivå 36 PDJ

37 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjon i jordhaug - prøvetaking Water Peilerør level monitoring pipes Sand Natural soil Sampling well 37 PDJ 1999

38 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjonsgrøfter - renseevne 100,0 82,5 65,0 47,5 Infiltrasjon Jordhaug 30,0 Org. materiale Fosfor Nitrogen 38 (Køhler 1998 i Jenssen et al 2006)

39 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjon i jordhaug Sand 39 Opprinnelig jord PDJ 1999 Photo: P.D. Jenssen

40 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Infiltrasjon i jordhaug Rensing av nitrogen NH 4 NO 3 40 NO 3 N 2 O,N 2 PDJ 1999 Photo: P.D. Jenssen

41 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 41 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Ulike lukkete infiltrasjonsanlegg Renseeffekter* Organisk stoff (BOD): > 90 % Suspendert stoff (SS): > 90% Fosfor (P): > 90 % Nitrogen (N) > 30% (20-60) Bakterier: 4-6 log reduksjon Kilde:

42 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 42 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Ulike lukkete infiltrasjonsanlegg Renseeffekter* Organisk stoff (BOD): > 90 % Suspendert stoff (SS): > 90% Fosfor (P): Medisinrester og kjemikalier fra husholdningsprodukter ser ut til å kunne > fjernes 90 % godt i grunne infiltrasjonsanlegg (Conn et al. 2010) Nitrogen (N) > 30% (20-60) Bakterier: 4-6 log reduksjon Kilde:

43 GRÅVANN Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Slamavskiller Systemer med kildesortering Biofilter Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

44 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Biofilter Kornstørrelse og filtermedium Kornstørrelse: 2-10 mm Filtermedium: Lettklinker Grus Finpukk Knust murstein Annet 44

45 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Biofilter Belastning og antall doser/dag Blandet avløp cm/d Gråvann cm/d Doser/dag 24-48/d minimum 8/d 45 Areal/person 0,3-2,0 m 2

46 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Tangential fullconical (TF)- nozzle in dome 46

47 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Biofilter Antall doser/dag Anbefalt: 18-48/d Minimum: 8/d Vannmetning i filter og antall doser/dag 47

48 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 48 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Biofilter - renseevne Jenssen et al Renseeffekter: Organisk stoff (BOF): % Suspendert stoff (SS): 60-80% Fosfor (P): <10 (80-90*) % Nitrogen (N) 5-40% Bakterier: 2-3 log *Gråvann m/fosforfilter

49 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Biofilter - forfilter for infiltrasjon Heistad et al. (2002) 49

50 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Infiltrasjon i morener Glacial tills in Norway!90% av det jorddekkete areal i Norge er morene!lav hydraulisk ledningsevne!ujevn overflate!vanskelig å plassere infiltrasjonsgrøfter

51 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Infiltrasjon i morener!vanskelig med grøfter!små enheter kan letter tilpasses i terrenget

52 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Biofilter - forfilter for infiltrasjon 52 Arealbelastning etter slamavskiller: Arealbelastning etter biofilter: cm/d cm/d Opptil 4x økning i arealbelastning (VA-miljøblad nr 59)

53 NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES (NMBU) Department of Environmental Sciences (IMV) Infiltrasjonsanlegg med biofilter Heistad et al. (2002)

54 Markbäddslösningar och infiltrationsanläggningar Markbädd/ sandfilter Infiltrasjon

55 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Sandfilter 55

56 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Sandfilter - ny utforming Skrå sidekanter Nivårør pukk Geotextile/isolasjon Fordelingslag Sand Drenerende masser m/ drensrør Jenssen et al. (2006) PDJ 99

57 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Md/So diagram - sandfilter A = 2 cm/d B = 4 cm/d 57 Jenssen et al 2006, VA miljøblad 59

58 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Sandfilter - renseevne Slamavskilt avløpsvann 58 Renset vann

59 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 59 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Petter D. Jenssen Sandfilter - renseevne (Jenssen and Siegrist 1990) Slamavskilt avløpsvann Renset vann Renseeffekter: Organisk stoff (BOF): >90% Suspendert stoff (SS): >90% Fosfor (P): 0-80%* Nitrogen (N) 30% (20-50) Bakterier: 3-5 log * 8-10 års bruk

60 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Strømning av luft og vann ved rensing i jord Søyle forsøk Sandfilter Infiltrasjonsgrøft??? Vann Luft

61 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Sandfilter - ny utforming Skrå sidekanter Nivårør pukk Geotextile/isolasjon Fordelingslag Sand Drenerende masser m/ drensrør Jenssen et al PDJ 99

62 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Basseng eller grøft Jenssen 1986

63 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Sandrygger gir bedre luftutveksling Infiltrasjon i jordhaug P.D.J. PDJ

64 Pukklag med biofilm Gjentettingssone Sand med biofilm

65 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen In-drän TM - erstatter pukklaget 65 Filtre med «in-drän» kunne motta opptil 4 ganger høyere belastning enn pukk eller lettklinker uten at renseevnen ble redusert (Ausland 1998 i Jenssen et al. 2006).

66 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP Institutt for miljøvitenskap, P.D. Jenssen Infiltrator TM - erstatter pukklaget 66 Noen stater i USA tillater opptil 50% reduksjon av infiltrasjonsarealet ved bruk av Infiltrator (USEPA 2000)

67 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 67 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Konklusjoner! Norsk dimensjonering av septiktanker gir større tanker enn i Sverige, men ny dimensjoneringsnorm i Norge har redusert forskjellen.! Infiltrasjon er ofte en foretrukket løsning for små anlegg i norske kommuner.! Setermoen infiltrasjonsanlegg i Bardu i Troms har hatt 99% renseevne for fosfor og over 60% for nitrogen i mer enn 26 år. Anlegget har spart kommunene for 45 millioner NOK i samme tidsperiode sammenlignet med å bygge et mekanisk/kjemisk renseanlegg.! Det finnes mye dokumentasjon på renseevnen til små og store infiltrasjonsanlegg. Hvis disse er bygget riktig vil de rense bra for både organisk stoff, suspendert stoff, fosfor og mikroorganismer.! Undersøkelser fra USA tyder på at medisinrester (läkmedel) og organiske forurensingere holdes tilbake i infiltrasjonsanlegg

68 NORGES MILJØ OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERITET (NMBU) 68 Institutt for miljøvitenskap (IMV) Konklusjoner forts.! Syretilgang er viktig både for markbädd og infiltrasjon. Det anbefales derfor å bygge infiltrasjonsgrøfter framfor basseng. Dersom basseng velges bør det legges rygger av infiltrasjonsmassene mellom infiltrasjonsrørene.! Markbädd brukes normalt bare for rensing av gråvann i Norge. Dette skyldes i hovedsak dårlig evne til å fjerne fosfor! Det anbefales å bygge markbädd med skrå kanter av sand på sidene av fordelingslaget. Dette vil bedre syretilgangen til anlegg etter at biohuden er etablert.! Bruk av alternative fordelingslag (In-drän, infiltrasjonskammer) gir mulighet for mindre infiltrasjonsareal.! Dammer er lite brukt i Norge, men et anlegg med kombinasjon av dammer å våtmarksfilter har gitt svært høy stabil renseevne (> 90% for BOD, P, TSS, og N) i 20 år.

69 Takk! 47

70 Department of Plant and Environmental Sciences, P.D. Jenssen NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES 84 Referanser Browne, W. og P.D. Jenssen (2005). Exceeding tertiary standards with a pond/reed bed system in Norway. Wat. Sci. Tech. 51(9), Conn KE, Siegrist RL, Barber LB, Meyer MT Fate of Trace Organic Compounds during Vadose Zone Soil Treatment in an Onsite Wastewater System. J. Environmental Toxicology and Chemistry. 29(2): Published online 8 October DOI: / etc.40 Heistad, A., P.D. Jenssen og A.S. Frydenlund (2001). A new combined distribution and pretreatment unit for wastewater soil infiltration systems. I: K. Mancl (red.) Onsite wastewater treatment. Proc. Ninth Int. Conf. On Individual and Small Commmunity Sewage Systems, ASAE, Jenssen, P. D., T. Krogstad A. M. Paruch T. Mæhlum, K. Adam, C. A. Arias, A. Heistad, L. Jonsson, D. Hellström, H. Brixd M. Yli-Halla, L. Vråle, M. Valve Filter bed systems treating domestic wastewater in the Nordic countries performance and reuse of filter media. Ecol. Eng. 36, pp Jenssen, P.D. og R.L. Siegrist (1991). Nitrogen removal from wastewater in soil infiltration systems. I: H. Ødegaard (red.): Fjerning av nitrogen i avløpsvann, Tapir. Trondheim Jenssen P.D., Jonasson S., og Heistad A Naturbasert rensing av avløpsvann - en kunnskapssammenstilling med hovedvekt på norske erfaringer. VA-forsk Rapport, no. 20. VA- forsk, Stockholm. Jenssen, P. D., T. Krogstad and K. Halvorsen, Community wastewater infiltration at 69 o northern latitude 25 years of experience. Paper presented at. SSSA Onsite Wastewater Conference, April 7-8, Albuquerque, NM, USA. Siegrist R.L Effluent Dispersal into Soil for Treatment and Disposal/Reuse: Principles and Practices Sustainable Sanitation. Presentation at the summerschool: Decentralized, Natural and Ecological Wastewater Treatment, Department of Plant and Environmental SciencesThe Norwegian University of Life Sciences June 1-25, 2010 Siegrist, R. L., E.J. Tyler og P.D. Jenssen (2000). Design and performance of onsite wastewater soil absorption systems. Paper presented at National Research Needs Conference Risk-Based Decision Making for Onsite Wastewate Treatment, St. Luis, Missouri, mai. USEPA, Electic Power Inst. Community Env. Center, National Decentralized Water Recources Capasity Development Conference Risk-Based Decision Making for Onsite Wastewate Treatment, St. Luis, Missouri, mai. USEPA, Electic Power Inst. Community Env. Center, National Decentralized Water Recources Capasity Development Project. USEPA Decentralized Systems Technology Factsheet - Septic Tank Leaching Chambers. EPA 832-F