Kunstig våtmark som avløpsvannbehandling

Transkript

1 Kunstig våtmark som avløpsvannbehandling Peggy Zinke (SINTEF Energy Research, Trondheim, Norway) SINTEF Energy Research 1

2 Kunstig våtmark som avløpsvannbehandling 1. Prosesser i våtmark 2. Typer av konstruerte våtmarker 3. Konstruerte våtmarker til avløpsbehandling av akvakulturer 4. Fjerning av BOF, KOF, fosfor og nitrogen 5. CW i kaldt klima 6. Arealbehov og kostnader 7. Sammendrag og veien videre Kunstig våtmark, konstruert våtmark = Constructed Wetland (CW) SINTEF Energy Research 2

3 Våtmark Røyrkvein (Calamagr.) Starr (Carex) Dunkjevle (Typha) Naturlig våtmarkvegetasjon (Øyerens delta), Juni 2009 Elvesnelle (Equis. fluv.) SINTEF Energy Research 3

4 Prosesser i våtmark I Nedbryting av organisk material Mikrobiell nitrifikasjon og denitrifikasjon Adsorpsjon/binding av fosfor i rotsonen SINTEF Energy Research 4

5 Prosesser i våtmark II Avsetning / Filtrering av suspenderte partikler Reduksjon av bakterier og virus gjennom filtrasjon og adsorpsjon "Fangedammer" = fjerning av partikler for å bedre vannkvaliteten i bekker og redusere oppfyllingen av reservoar Braskerud (2006) Tilbakeholdningen av partikler med forskjellig diameter øker med økende damoverflate (A) eller avtakende vannføring (Q). SINTEF Energy Research 5

6 Kunstig våtmark Lier (Norge) Blankenberg & Braskerud (2003), Elsaesser et al. (2011) Eksempler Houghton Lake Wetland (USA, Michigan), Kadlec & Bevis (2009) Hokkaido (Japan) Kato et al SINTEF Energy Research 6

7 Konstruerte våtmarker konstruksjonstyper Brix & Schierup, (1989) CW med fritt vannspeil (A) og vannspeil som ligger under overflaten (B). Subsurface flow constructed wetland = SSFCW SINTEF Energy Research 7

8 Konstruerte våtmarker - konstruksjonstyper Vyzamal (2005) Vertical SSFCW 1 = Impermeable liner. 2 = Filtration medium. 3 = Collection drainage pipe. 4 = Vegetation. Vyzamal (2007) Horizontal SSFCW 1 = Distribution zone filled with large rocks. 2 = Impermeable liner. 3 = Filtration medium. 4 = Vegetation. 5 = Water level in the bed. 6 = Collection zone filled with large rocks. 7 = Collection drainage pipe. 8 = Outlet structure for maintaining of water level Hybride CW: Kombinasjoner av horisontale og vertikale CW (ofte med flere trinn) SINTEF Energy Research 8

9 Konstruerte våtmarker Spesialdesignet for avløpstype og klimatiske forhold Hokkaido, Japan Skjema av et hybrid CW system til avløpsbehandling fra et meieri i kaldt klima (Cato et al. 2013) SINTEF Energy Research 9

10 Bruk av konstruerte våtmarker for avløpsvann fra akvakulturer Former av partikler og næringsstoffer i avløpsvann fra akvakulturer. Snow et al. (2012) Tabell: Rensekrav Standard rensekrav Organisk stoff Rensekrav BOF 5 KOF SS P N 20% red. 50% red. Primærrensing eller - eller mg/l 60 mg/l 70% red. 75% red. Sekundærrensing eller eller mg/l 125 mg/l Fosforfjerning % red - Nitrogenfjerning % red Kravtype % av kontrollprøvene må overholde kravet Middelverdi på årsbasis Avløpsvann fra akvakulturer Lave avløpskonsentrasjoner Store vannmengder SINTEF Energy Research 10

11 Fjerning av BOF, KOF og SS BOF reduksjon med >70 % er realistisk Fjerning av suspenderte partikler følger samme mønsteret som BOF Rapporterte rense-resultater for akvakultur-cw fra forskjellige land (Snow et al. 2012) Biokjemisk oksygenforbruk (BOF; engl. BOD) Kjemisk oksygenforbruk (KOF, engl. COD) Figur 1: Vannkvalitet fra settefiskanlegg SINTEF Energy Research 11

12 Fjerning av fosfor Fosfor er bundet til partikler og sedimenterer. Snow et al. (2012) Figur 1: Vannkvalitet fra settefiskanlegg TP reduksjon med % PO 4 3- konsentrasjoner kan stige etter nedbryting av sedimenterte partikler og utslipp av løste substanser SINTEF Energy Research 12

13 Fjerning av nitrogen Nitrogenfjerning fungerer bra i vertikale CW (nitrifikasjonsprosesser krever oksygen) Snow et al. (2012) Figur 1: Vannkvalitet fra settefiskanlegg Nitrogen retensjonen kan bli mindre når CW blir eldre (nedbryting og eksport av organisk nitrogen fra sedimenter). SINTEF Energy Research 13

14 Konstruerte våtmarker til avløpsbehandling fra akvakulturer eksempler Tyskland Schulz et al. (2003a) SINTEF Energy Research 14

15 Behandling av salt-avløpsvann fra akvakultur Cross-section of pilot filter bed (a) Lengthwise and (b) width wise. Pwllheli, North Wales, UK Webb et al. (2012) Schematic overview of water flow SINTEF Energy Research 15

16 Konstruerte våtmarker i kaldt klima CW med vannstand som ligger innenfor filtersubstratet (Subsurface flow CW, SSFCW) har fordeler (mindre hydrauliske problemer med frysing) SINTEF Energy Research 16

17 Konstruerte våtmarker i kaldt klima CW med vannstand som ligger innenfor filtersubstratet (Subsurface flow CW, SSFCW) har fordeler (mindre hydrauliske problemer med frysing) Sikring mot frost gjennom spesiell design (større, dypere filtre) og isolering. Fysikalske prosesser som filtrering er lite påvirket av lave temperatur. Biologiske prosesser er temperaturavhengig. Kunstig belufting kan kompensere for lavere temperatur i vinter. Quellet-Plamondon et al. (2006) SINTEF Energy Research 17

18 Arealbehov og kostnader Det må vi finne ut for norske forhold! Her er noen grove estimater. Tabell: Arealbehov fra utvalgte feltstudier Reference Sindilariu et al. (2009) Schulz et al. (2003a) Schulz et al. (2003b) Cellantall Cell dimensjoner CW areal (m 2 ) HLR (m/d) Spesifisk areal (m 2 per l/s) m m m Akvakultur-SSFCW Akvakultur-CW med fritt vannspeil Akvakultur-SSFCW Avløpsmengde 50 l/s, antatt spesifisk areal 20 m 2 per l/s: Vi trenger da cirka 1000 m 2 for en horisontal CW! (f. eks. 7 våtmarksfiltre 21 m x 7 m) Kostnader i USA: USD/m 2 (Snow et al. 2012) SINTEF Energy Research 18

19 Sammendrag og veien videre Konstruerte våtmarker utnytter naturlige våtmarksprosesser til vannrensing, som for eksempel Filtrering av suspenderte partikler Nedbryting av organisk material Adsorpsjon/binding av fosfor i rotsonen Eksempler fra flere land viser at slike systemer kan brukes til behandling av avløpsvann fra akvakulturer. Riktig planlagte CW kan fungere tilfredsstillende også i kaldt klima. Mer forskning og case-studier i farm-målestokk er nødvendig for å utvikle spesialdesignete CW for norske forhold. SINTEF Energy Research 19

20 Thank you! Contact: Peggy Zinke SINTEF Energy Research Water Resources Research Group Trondheim SINTEF Energy Research 20