Har infiltrasjonsanlegg i gode masser lang levetid?

Transkript

1 Har infiltrasjonsanlegg i gode masser lang levetid? Innlegg på fagtreff i Norsk Vannforening med tema: Fungerer egentlig infiltrasjonsanlegg? Vitenparken Campus Ås Trond Mæhlum NIBIO miljø og naturressurser

2 Pionerer på infiltrasjon av avløpsvann Jens Chr Køhler og Steinar Skjeseth

3

4 Feil anlegg i fht, lokale grunnforhold - forurensning av nærmiljøet

5 Feil dimensjonert? Feil bygget? Tett filterflate?

6 Overbelastet?

7 Næringsrikt vann fra dårlig filteranlegg gir gode vekstvilkår! Foto:D.E.Håvimb

8 Begrepsavklaringer Gode masser jord under (umettet) og nedstrøms anlegget Tilstrekkelig infiltrasjonskapasitet Hydraulisk kapasitet Egenskaper som rensemedium (mineralogi, porøsitet, biologisk aktivitet mm) Levetid til infiltrasjonsanlegget = Perioden anlegget kan benyttes uten at det går utover renseevnen Lang levetid = Forventninger til et nytt anlegg bør være 20 år. Lang levetid >>20 år (25 40 år?)

9 Resipientegenskaper til jord Løsavsetning Renseevne Infiltrerbarhet Hydraulisk kapasitet Morene (-) + (-) Breelvavsetninger +(++) Elveavsetninger - / Strandavsetninger Marin avsetninger ? Forvitringsjord Torv og myr - (+) svært bra, - mindre bra/uegnet, -/+ lokale variasjoner Gode masser for infiltrasjon bestemmes av HVA som vektlegges

10 Våte drømmer for en infiltrør...

11 Ofte finner vi dette

12 Utfordring: Hvor er utløpet av infiltrasjonsanlegget?

13

14 14

15 Problemstillinger > infiltrasjonsanlegg i Norge >50% er eldre enn 25 år - bygget i en tid hvor fokuset mer var å fjerne vann enn optimal rensing Hvordan virker gamle anlegg hydraulisk? Vannstrøm gjennom velutviklet biofilm, eller gjentetting oppstuving og infiltrasjon via sidearealer uten biofilm, eller vann til overflaten Hvor lenge kan anleggene binde fosfor? Fungerer gamle anlegg etter gammelt design tilfredsstillende dersom det er «gode masser»?

16 Kunnskapsgrunnlag og utvikling i Norge Tidsperiode Erfaringer, viktige kunnskapsprosjekter og formelle krav 1960 årene Synkekummer og enkle spredegrøfter ble tatt i bruk 1970 årene Prosjekt rensing av avløpsvann PRA : Jord som resipient. Forskrift for kloakkutslipp fra spredt bolig og fritidsbebyggelse årene Nordisk samarbeidsprosjekt la grunnlag for nye MD-retningslinjer for design fra 1985 for små og store anlegg 1990 årene NAT-programmet (naturbasert renseteknologi) evaluerte filteranlegg, råd om ny design, utvikling av nye filterløsninger og kombinasjoner Revidert forskrifter i 1992, årene Nye krav til design og ny bransjenorm VA- Miljøblad (2003) Forurensningsforskrift (2007) med krav til anerkjent metode 2010 årene Mer kompakte løsninger med forbehandling, infiltrasjonskassetter, PLC.. Evaluering av teknologien i Sverige i regi av Naturvårdsverket Kunnskapshull: hvordan evaluere gamle anlegg og hva finner vi der? 2020 årene «Keep it simple» og/eller implementering av tekniske komponenter som gir mindre anlegg, bedre rensing, økt anvendelse, bedre kontroll av funksjon?

17 Infiltrasjonsanlegg - virkemåte Figur fra: Siegrist, R.L., Tyler, E.J. & Jenssen, P.D Design and Performance of Onsite Wastewater Soil Absorption Systems USEPA.

18 Renseprosesser Figur fra: Siegrist, R.L., Tyler, E.J. & Jenssen, P.D Design and Performance of Onsite Wastewater Soil Absorption Systems USEPA

19 Infiltrasjonsanlegg Figur fra: Siegrist, R.L., Tyler, E.J. & Jenssen, P.D Design and Performance of Onsite Wastewater Soil Absorption Systems USEPA.

20 Rensing i umettet sone med gode masser - etter 1 m (over mettet sone/grunnvann) Parameter Oksygenforbrukende stoff (BOF5) >90 KOF >90 Partikulært materiale (TSS) >90 Forventet rensing % basert på målinger Nitrogen (norske erfaringer også >50%) Fosfor Fekale bakterier 99,99 Virus 99,9 Spesifikke organiske stoffer (VOC) >99 Tungmetaller > (Ca, Fe, Al innhold avgjør samt tid) Norge: NAT-programmet (1998) USA: Siegrist, R.L., Tyler, E.J. & Jenssen, P.D. (2000). Design and Performance of Onsite Wastewater Soil Absorption Systems USEPA

21 Anleggenes levetid mht rensing av fosfor Hva regnes som en del av infiltrasjonsanlegget mht fosforrensing? Hvordan bindes fosfor i jord? Hvor mye fosfor kan bindes i jorda over tid? Er bundet fosfor stabilt? Kan fosfor begrense levetiden til infiltrasjonsanlegg?

22 Hvordan bindes fosfor i jord P i avløp: ortofosfat (PO 4 3+ /HPO 4 2+ /H2PO 4+ ) Jordas mineralogi og tekstur viktig Prosesser for retensjon: 1. Rask reversibel prosess med adsorpsjon til oksider/hydroksider av Fe, Al og Ca 2. Langsom irreversibel prosess med utfelling av P-mineraler, diffusjon av P-forbindelser i mikroporer og aggregater Konsekvens: Vi tilfører mer P i gjødsla enn det som tas ut i landbruk Vi kan anta at P i gamle infiltrasjonsanlegg er stabilt bundet

23 Fosfor bindes til Al og Fe hydroksider

24 Hvordan undersøke fosforbinding i jord Kolonneforsøk, karforsøk, lysimetre med ulike jordtyper, variasjon i P- konsentrasjoner gir grunnlag for teoretiske beregning av jordas metningspunkt for P. Best egnet for å beregne effekt av raske prosesser Jordvannsamlere med vakuum i jordprofilet Prøvebrønner fra grunnvannssonen Oppgraving av eldre anlegg og jordkjemiske analyser av P gir ofte høyere verdier enn funn fra labforsøk. Forvitring skaper nye plasser for P- binding + langsom mineralisering.

25 Hvor mye fosfor kan bindes i jorda over tid? Teori: jord har en øvre P-bindingskapasitet basert på jordkjemi: Kvartssand: ca 100 g P/tonn Annen sand: g P/tonn Morene: ca 500 g P/tonn Forvitringsjord sur eller basisk opp til 1000 g P/tonn Spesielle filtre designet for P-binding > 1000 g P/tonn Finkornet homogen jord bedre enn grovkornet heterogen Bedre binding øverst med jordsmonndannende prosesser MEN Målinger har vist at P innholdet kan være høyere enn teoretisk

26 Hvor mye fosfor kan bindes i jorda over tid? Et eksempel Forutsatt hele jordvolumet i umettet sone deltar kan binding estimeres: Design belastning 20 l/m 2 /d i en morenejord 200 l (1 PE) krever en filterflate på 10 m 2 Umettet sone 1 m, jordas egenvekt 1,7 kg/l gir 17 tonn jord Teoretisk bindingskapasitet 0,5 kg P/tonn jord Teoretisk bindingskapasitet: 8,5 kg P Årlig produksjon P/PE er ca 0,6 kg, 67% tilstede gir 0,4 kg/år Levetid om alt P bindes er 8,5/0,4 = ca 21 år Grunnere anlegg og/eller mindre filterareal/pe gir kortere tid

27 Infiltrasjonsanlegg Hvilke jordvolum inngår i P rensingen?? Mye forskning viser at P også bindes godt i mettet sone (grunnvannssonen) Figur fra: Siegrist, R.L., Tyler, E.J. & Jenssen, P.D Design and Performance of Onsite Wastewater Soil Absorption Systems USEPA.

28 Kan fosfor begrense levetiden til gamle anlegg? Ja, men det bør gjøre lokale vurderinger. Det er grunn til å anta at anlegg eldre enn år virker dårligere og trenger stadig større områder for å oppnå god retensjon Korte avstander til vassdrag (titalls meter) kan forventes gi utlekking av P over tid Er det store avstander til vassdrag med lang oppholdstid (måneder og år) i grunnvannssonen er det lite sannsynlig at fosfor lekker ut til overflatevann

29 2 Eksempler 1. Setermoen infiltrasjonsanlegg i Bardu 5000 pe. Avfallskverner tillatt etter 1996 Gjennomsnitt lufttemp o C 3 åpne infiltrasjonsdammer med svært høy arealbelastning Intermittent drift 7 m umettet sone i breelvavsetninger Miljøbrønn for overvåkning i grunnvannet nedstrøms anlegget Kilde: Jenssen et al. (2014)

30

31 Setermoen renseanlegg: rensing av fosfor, nitrogen og KOF i perioden

32 P-binding Setermoen renseanlegg Renseeffekt >98% målt i 27 år Sorpsjonskapasitet beregnet til ca 200 g P/m 3 jord i umettet sone. Teoretisk bindingstid for P er 36 år

33 Eksempel 2 Highlights P accumulation and removal mechanisms were studied in old soil infiltration systems. The P removal seemed to be driven by Al chemistry (adsorption and or precipitation). Only 12% of the estimated long-term P load was found to be sorbed in the soil matrix.

34 Eksempel 2 fra Sverige En grundig undersøkelse anlegg er 4 sandfiltre med 100 cm filtermasser og drenering Høy hydraulisk belastning, cm per dag (2 7x svenske anbefalinger), på åpen filterflate uten god fordeling Fosforbudsjett basert på målte P verdier inn og ut og P bundet i jorda Soil infiltration? Nei undersøkte anlegg er sandfiltre som opplagt har begrenset P-binding sammenliknet med infiltrasjon Sandfiltre er ikke regnet som en ok løsning for P binding Nye svensk studie med 6 anlegg: Eveborn et al. 2014, Phosphorus in soil treatment systems: Accumulation and mobility. Water Research 64, pp.42-52

35 Hydraulisk funksjon noen erfaringer Mange gamle infiltrasjonsanlegg fungerer tilsynelatende hydraulisk tilfredsstillende vurdert visuelt på befaringer Bruk av geofysiske metoder som ER og oppgraving og har vist at både små og store infiltrasjonsanlegg hadde en velfungerende biofilm der fordeling, oppholdstid og strømning var som forventet (få anlegg undersøkt) En stor undersøkelser i Gjøvik (2010) påviste at flertallet (>80%) av over 1200 eldre infiltrasjonsanlegg (>25 år) fungerte dårlig hydraulisk med oppstuving på filterflaten og/eller vannoppkomme nedstrøms (Lønmo 2012). Sannsynlig årsak var kombinasjon dårlige masser og dårlig design

36 Viktig for hydraulisk funksjon foruten jorda: 1. Velfungerende slamavskiller 2. Design som tar høyde for belastningstopper 3. God fordeling og gjerne intermittent drift VA-miljøblad 59 design: hydraulisk levetid år Vurdering av svensk design: hydraulisk levetid >30 40 år USA undersøkelser år

37 Er det store forskjeller på gamle og nyere anlegg i forhold til forventet levetid? Infiltrasjonsanlegg etablert før 1985/eldre enn 30 år bør erstattes Teknologiutvikling etter : Fokus på god fordeling: trykkfordeling, fordelingslag uten finstoff, hullstørrelse/avstand Pumping gir mulighet for plassering av filterflaten høyt i jordprofilet hvor det er bedre rensing Periodisk belastning (hvileperioder) gir mer oksygen til jorda Biologisk forbehandling reduserer gjentettingsfaren Infiltrasjonsanlegg etablert bør undersøkes om de har en akseptabel funksjon Infiltrasjonsanlegg etablert etter 2003 bør forventes ha minst års levetid

38 Konklusjoner Umettet sone under anlegget er viktig for alle parametere som skal renses P rensingen foregår også i mettet sone. Lang oppholdstid er gunstig og avstand til nærmeste overflateresipient i strømningsretningen bør vurderes Infiltrasjonsanlegg i gode masser, og spesielt med nyere design, har lang levetid (>20-25 år), men lokale forhold kan være svært forskjellige og kan begrense levetiden Erfaringer fra Sverige er ikke nødvendigvis relevante på grunn av annet design. Infiltrasjonsanlegg i Norge bygget etter 1985 fungerer generelt bra om et er bygget riktig og i ok masser, men gamle anlegg bør derfor undersøkes bedre

39 Konklusjoner - noen kunnskapshull Metoder for å evaluere tilstanden på eldre anlegg Hvilke jordvolum deltar i P-rensing og hvordan utvikles P- bindingen over tid? Renseeffekt for miljøskadelige forbindelser (mikroplast?) Hvordan virker nye metoder med forbehandling på levetid? Norsk Vann Prosjekt setter tema på dagsorden i 2017/