Salt og metaller - Prosesser i infiltrasjonsbaserte overvannsløsninger

Transkript

1 Salt og metaller - Prosesser i infiltrasjonsbaserte overvannsløsninger Kim H. Paus Ph.D. kandidat, NTNU Seminar ved Norsk Vannforening 19. November 2012

2 Fra ett grått til ett blågrønt bymiljø Figur omarbeidet fra Norsk Vann Rapport 162/2008 Grå løsninger Kvantitet Blågrønne løsninger Kvantitet Kvalitet Verdi i samfunn Regnbed

3 Norsk Vanns treleddsstrategi Regnbed Desentralisert tiltak for å håndterere den første og den mest forurensede delen av avrenningen Vegetasjonslag bestående av robuste planter som tåler perioder med både stående vann og tørke Filtermediet som typisk består av sand, matjord og løv-kompost

4 Internasjonale erfaringer (USA) Tilbakeholder miljøgifter/ beskytter vannkvalitet: TSS (> 90%) Tungmetaller (> 90%) PAH (> 90%) Opprettholder den naturlige hydrologien Bevarer vannet i området Flomreduserende effekt Avlaster nedstrøms overvannssystem Fornyer grunnvannet Øker biodiversiteten i urbane områder Flerbruk av areal (estetikk og funksjonalitet)

5 Er regnbed egnet for norske forhold? Infiltrasjonskapasitet Temperert klima Kaldt klima Rensekapasitet (tungmetaller)

6 Infiltrasjons-kapasitet [cm/t] Et godt etablert vegetasjonslag er viktig for infiltrasjonskapasitet

7 En viss infiltrasjons-kapasitet også om vinteren Infiltrasjons-kapasitet [cm/t]

8 Kolonne-forsøk for å studere filtermediets evne til å tilbakeholde løste metaller under forhold i kaldt klima Filtermedia med varierende mengde kompost for å undersøke effekten av organisk materiale. Tilførte konstante konsentrasjoner av løst Cd, Cu og Zn To parallell-forsøk (3.6 ⁰C og 19.4 ⁰C) for å undersøke effekten av temperatur.

9 Metall-sorpsjon høyest ved lav temperatur Reaksjonshastigheter Konsentrasjon av sink i utløpet [mg/l] Sorpsjonskapasiteter Vannvolum [L]

10 Tungmetaller i veinær snø eksempel fra Trondheim (januar mars 2010) Forurensning øker med økende trafikk-belastning.. Otto Nielsens vei, Trondheim 29.January 2010

11 Tungmetaller i veinær snø eksempel fra Trondheim (januar mars 2010) Forurensning akkumuleres over tid i snøen.. Otto Nielsens vei, Trondheim 29.January 2010

12 Tungmetaller i veinær snø eksempel fra Trondheim (januar mars 2010) Graden av forurensning kan uttrykkes som en funksjon av antall biler passert.. Otto Nielsens vei, Trondheim 29.January 2010

13 NaCl i veinær snø eksempel fra Trondheim (januar mars 2010) 20% av prøvene hadde en konsentrasjon av NaCl på mer enn 1 g/l Konsentrasjonen av NaCl i veinær snø [mg/l]

14 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer Veisalt Klorid Natrium Toksiske effekter på vegetasjon Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Mekanismer Toksiske effekter på vegetasjon Reduksjon i vegetasjon Effekter Redusert infiltrasjon Ytelse Tilbakeholdelse av metaller Infiltrasjonskapasitet

15 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer Veisalt Klorid Natrium Toksiske effekter på vegetasjon Ionebytteprosesser Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Mekanismer Toksiske effekter på vegetasjon Tap av basekationer Redusert fertilitet Ionebytte med Na-ioner Tap av kationer (Mg, Ca, K etc.) Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Effekter Reduksjon i vegetasjon Redusert infiltrasjon Ionebytte Na + K + K + K + Na + Na + Na + K + Ytelse Tilbakeholdelse av metaller Infiltrasjonskapasitet

16 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer - Kolloidal dispersjon 50% rrrrrrrrr aa K sss Norwegian University of Science and Technology (NTNU), 18 Dec 2009

17 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer Veisalt Klorid Natrium Toksiske effekter på vegetasjon Ionebytteprosesser Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Mekanismer Toksiske effekter på vegetasjon Reduksjon i vegetasjon Tap av basekationer Redusert fertilitet Gjentetting av media De-stabilisering av jord-aggregater Kolloidal dispersjon Ionebytte med Na-ioner Tap av kationer (Mg, Ca, K etc.) Kolloidal dispersjon Redusert infiltrasjon Tap av organisk materiale Gjentetting av filtermediet Redusert tilbakeholdelse av metaller Effekter Mobilisering av metaller Redusert infiltrasjon 1. Overvann med høyt innhold av natriumioner og høy ionestyrke (Vår) 2. Infiltrert overvann med lavt saltinnhold og lav ionestyrke (Sommer) Ytelse Tilbakeholdelse av metaller Infiltrasjonskapasitet Risiko for kolloidal dispersjon

18 NaCl i vannet bidrar til å mobilisere metaller i filtermediet Konsentrasjon av Zn i utløpet [mg/l] 1 mg Zn/L 0 mg NaCl/L Vannvolum [L] 0 mg Zn/L mg NaCl/L Relativ salt- og Na-konsentrasjoner [ - ]

19 Na + -ioner bytter plass med Me 2+ -ioner Konsentrasjon av Zn i utløpet [mg/l] Observasjoner: Andelen mobiliserte metaller avhenger av hvor 1 mg Zn/L mye metaller 0 mg NaCl/L som var tilbakeholdt før saltpulsen. Sink utløpskonsentrasjon Natrium-konsentrasjon Sink innløpskonsentrasjon Relativ konduktivitet Organisk materialet holder bedre på metallene enn det sand gjør. Ved lav temperatur er Vannvolum prosess-ratene [L] halvert. 0 mg Zn/L mg NaCl/L Mengden mobiliserte metaller under gitte forhold er relativt beskjeden (< 7.0%) - toppkonsentrasjonene er imidlertid høye. Relativ salt- og Na-konsentrasjoner [ - ]

20 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer Veisalt Klorid Natrium Toksiske effekter på vegetasjon Mekanismer Kompleksdannelse med metaller Toksiske effekter på vegetasjon Reduksjon i vegetasjon Tap av basekationer Redusert fertilitet Ionebytteprosesser Gjentetting av media De-stabilisering av jord-aggregater Kolloidal dispersjon Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Ionebytte med Na-ioner Tap av kationer (Mg, Ca, K etc.) Kolloidal dispersjon Redusert infiltrasjon Tap av organisk materiale Gjentetting av filtermediet Redusert tilbakeholdelse av metaller Effekter Mobilisering av metaller Redusert infiltrasjon Kompleksdannelse med klorid Mobilisering av tungmetaller Redusert tilbakeholdelse av metaller Ytelse Tilbakeholdelse av metaller Infiltrasjonskapasitet

21 Potensielle effekter av veisalt i vegeterte infiltrasjon-systemer Veisalt Klorid Natrium Toksiske effekter på vegetasjon Mekanismer Kompleksdannelse med metaller Toksiske effekter på vegetasjon Reduksjon i vegetasjon Tap av basekationer Redusert fertilitet Ionebytteprosesser Gjentetting av media De-stabilisering av jord-aggregater Kolloidal dispersjon Redusert vegetasjon Redusert infiltrasjon Ionebytte med Na-ioner Tap av kationer (Mg, Ca, K etc.) Kolloidal dispersjon Redusert infiltrasjon Tap av organisk materiale Gjentetting av filtermediet Redusert tilbakeholdelse av metaller Effekter Mobilisering av metaller Redusert infiltrasjon Kompleksdannelse med klorid Mobilisering av tungmetaller Redusert tilbakeholdelse av metaller Ytelse Tilbakeholdelse av metaller Infiltrasjonskapasitet

22 Takk for oppmerksomheten 1. En betydelig andel tungmetaller akkumuleres i veinær snø. 2. Regnbed har evne til å infiltrere vann også gjennom vinteren. Filtermediet har svært god evne til å tilbakeholde metaller - også ved lave temperaturer. 3. Høye konsentrasjoner veisalt (NaCl) vil kunne redusere ytelse i regnbed: Negative effekter på vegetasjon Takk til Ray Hozalski, Joel Morgan John Gulliver (UMN), Sveinn T. Thorolfsson,TorOve Leiknes (NTNU), Bent Braskerud (NVE) og Fulbright Mobilisering av tungmetaller Kolloidal dispersjon og gjentetting