|
Forsøg med rensning af spildevand i det åbne land i beplantede filteranlæg 7 Driftsresultater fra Mosehuset7.1 Drift og analyseprogram 7.1 Drift og analyseprogramAnlægget ved Mosehuset blev etableret 14.-17. maj 2002 og blev taget i drift umiddelbart herefter. I perioden frem til medio oktober 2002 har anlægget kørt uden recirkulering af afløbsvand tilbage til bundfældningstanken. Men fra den 16. oktober er der recirkuleret med ca. 300%, dvs. der recirkuleres en vandmængde der svarer til ca. 3 gange vandbelastningen. Recirkuleringen blev standset igen den 20. november 2002. Der er foretaget prøvetagning i anlægget siden 10. juli 2002. Prøverne er udtaget som stikprøver på følgende positioner i anlægget:
Derudover er der taget prøver i recipienten (sø). Det har ikke været muligt at udtage repræsentative prøver af indløbet af råt spildevand til bundfældningstanken, hvorfor belastningen på anlægget (udledningen fra husstanden) ikke kan registreres direkte. Umiddelbart efter prøvetagningen er der målt temperatur og pH og udtaget prøver til analyse for opløst ilt (ved Winkler teknik) i alle prøver. Efter hjemkomst til laboratoriet er prøvernes indhold af følgende parametre analyseret ved anvendelse af standard metodik:
Vandbelastningen på anlægget er estimeret på baggrund af forbrugt vandmængde i husstanden, der aflæses ca. ugentligt. 7.2 Resultater7.2.1 VandforbrugDet gennemsnitlige vandforbrug i husstanden i perioden har været 415 liter pr døgn (Figur 7.1). Dette svarer til et årsforbrug på 151 m3. I perioden 1995 til 2001 har husstandens årlige vandforbrug varieret mellem 147 m3/år i 1996 til 213 m3/år i 2001. Det målte vandforbrug i undersøgelsesperioden stemmer således godt overens med husstandens tidligere forbrug. Medio august var det gennemsnitlige vandforbrug i en uge med børnefødselsdag høj, ca. 600 liter per døgn.
Figur 7.1 Vandforbrug i husstanden ved Mosehuset baseret på ca. ugentlige aflæsninger af vanduret i husstanden. Perioden med recirkulering af afløbsvand til bundfældningstanken er indikeret med lodrette linier (fra den 16. oktober til den 20. november 2002). 7.2.2 TemperaturVandtemperaturen i anlægget har været 15-20ºC helt hen til ultimo oktober 2002 (Figur 7.2). Herefter sker en gradvis afkøling, men selv ultimo december, efter en periode med meget koldt vejr og tilfrysning af søen, er vandtemperaturen i anlægget ca. 10ºC.
Figur 7.2 Målt vandtemperatur i det beplantede filteranlæg ved Mosehuset i 2002. Ved prøvetagningen i december var søen tilfrosset. 7.2.3 IltAfløbet fra bundfældningstanken indeholdt ikke ilt, undtagen ved prøvetagninger i perioden med recirkulering af afløbsvand, hvor iltkoncentrationen var 0,1 til 2 mg/L (Figur 7.3). Koncentrationen af ilt i udløbet fra det vertikale bed varierede mellem 2 og 6 mg/L, men efter P-filteret var vandet igen iltfrit, undtagen når der blev recirkuleret. Dette skyldes, at der i perioden uden recirkulering stadig var forholdsvis høje koncentrationer af iltforbrugende stoffer i afløbet fra det vertikale bed (se senere).
Figur 7.3 Koncentrationen af opløst ilt (mg/L) I indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, og udløbet fra anlægget ved Mosehuset, 2002. Søen er anlæggets recipient. 7.2.4 Suspenderet stofIndholdet af TSS i afløbet fra bundfældningstanken varierede mellem 40 og 120 mg/L, hvilket svarer nogenlunde til niveauet målt i afløbet fra bundfældningstanken ved forsøgsanlægget i Trige (Figur 7.4). Det gennemsnitlige TSS indhold i afløbet fra det beplantede bed var 13 mg/L og afløbet fra P-filteret indeholdt gennemsnitligt 8 mg/L. I perioden med recirkulering var indholdet af suspenderede stoffer lavere i afløbet fra anlægget.
Figur 7.4 Koncentration af TSS i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, og udløbet fra anlægget ved Mosehuset, 2002. Der er ingen målinger i søen. 7.2.5 Biokemisk iltforbrugDet biokemiske iltforbrug i afløbet fra bundfældningstanken steg fra ca. 100 mg/L i juli til over 400 mg/L i oktober før recirkuleringen påbegyndtes (Figur 7.5). Dette afspejler formodentligt bundfældningstankens indkøringsperiode. Ved ca. 300% recirkulering faldt koncentrationen som forventet til ca. 100 mg/L. Gennemsnitlig afløbskoncentration fra det beplantede bed er ca. 18 mg/L, og efter fosforfilteret ca. samme niveau.
Figur 7.5 Koncentration af BI5 i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, og udløbet fra anlægget ved Mosehuset, 2002. Der er ikke analyseret BI5 i søen. 7.2.6 AmmoniumKoncentrationen af NH4-N i afløbet fra bundfældningstanken steg fra ca. 40 mg/L til 120-160 mg/L i perioden før recirkuleringen blev iværksat (Figur 7.6). Dette kan formodentligt tilskrives indkøringen af bundfældningstanken. Koncentrationen i afløbet steg i takt med indløbskoncentrationen på et niveau svarende til 70-80% reduktion (nitrifikation). Som følge af recirkuleringen på 300% faldt koncentrationen af NH4-N både i indløb og afløb.
Figur 7.6 Koncentration af NH4-N i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløbet fra anlægget, og søen ved Mosehuset, 2002. 7.2.7 NitratDer var som forventet stort set ikke nitrat i afløbet fra bundfældningstanken, selv med 300% recirkulering (Figur 7.7). Efter det vertikale bed var koncentrationen steget til 30-60 mg/L, men efter fosfor-filteret var nitrat koncentration igen meget lav, undtagen de første to prøvetagninger og ved recirkulering. Nitraten blev øjensynlig fjernet ved denitrifikation i fosforfilteret.
Figur 7.7 Koncentration af NO2+NO3-N i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløbet fra anlægget, og søen ved Mosehuset, 2002. 7.2.8 Total kvælstofFor total-N ses et tilsvarende indkøringsmønster som for BI5 og NH4-N (Figur 7.8). Det ses af kurvernes forløb, at der faktisk fjernes en del kvælstof i fosfor-filteret ved denitrifikation. Der fjernes 40-50% total-N i det vertikale bed, og yderlige 20-30% i fosforfilteret. Ved recirkulering falder indholdet i afløbet fra bundfældningstanken som forventet, ligesom afløbskoncentrationen fra anlægget til søen falder.
Figur 7.8 Koncentration af Total-N i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløbet fra anlægget, og søen ved Mosehuset, 2002. 7.2.9 FosforFigur 7.9 viser koncentrationen af opløst fosfor, og Figur 7.10 viser koncentrationen af total fosfor i anlægget. Det ses at indløbskoncentrationen, efter en indkøringsperiode, stiger til ca. 25 mg/L, og ved recirkulering falder koncentrationen til 5-8 mg/L. Koncentrationen i afløbet fra det vertikale bed er generelt 10-20% lavere end indløbet. Det kalcit-baserede fosfor-filter fjerner fosfor effektivt indtil midten af november, hvor der sker en gradvis stigning i afløbskoncentrationen til ca. 5 mg/L. Denne stigning kan skyldes, at filtermaterialets fosforbindingskapacitet er ved at være opbrugt. Men stigningen falder også sammen med, at den hydrauliske belastning på filteret firedobles pga. recirkuleringen, og kontakttiden derved formindskes betydeligt. Der blev i perioden med recirkulering observeret en begyndende opstuvning af vand i filterbrønden og overløb fra filterbrønden til afløbet. Dette skyldes muligvis den store vandbelastning, men det kan ikke udelukkes at vandledningsevnen i filteret var reduceret pga. delvis tilklogning. Derfor blev recirkuleringen stoppet ultimo november. Der er kun foretaget én prøvetagning efter at recirkuleringen blev stoppet, og fosforkoncentrationen i tilløbet er som forventet steget til ca. 20 mg/L. Koncentrationen i afløbet fra P-filteret er stadig 5-6 mg/L, hvilket til dels skyldes, at der stadig var et lille overløb fra filterbrønden pga. dårlig hydraulisk kapacitet. Det er derfor nødvendigt at undersøge årsagerne til klogningen nærmere. Eventuelt skal filterbrønden opbygges anderledes med henblik på at sikre en bedre hydraulisk kapacitet. Indtil medio december 2002 kan der på baggrund af forskellen mellem afløbskoncentrationen fra det vertikale bed og afløbskoncentrationen fra kalcit-filteret beregnes, at der er fjernet ca. 900 g fosfor i filteret siden anlæggets etablering. Dette svarer til 4,5 kg P/m3 kalcit, hvilket er mere end dobbelt så meget som registreret i Trige anlægget. Den øgede kontakttid har, som forventet, øget fosforbindingsevnen i filteret.
Figur 7.9 Koncentration af opløst fosfor (PO4-P) i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløbet fra anlægget, og søen ved Mosehuset, 2002.
Figur 7.10 Koncentration af Total-P i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløbet fra anlægget, og søen ved Mosehuset, 2002. 7.2.10 Kalcium, ledningsevne og pHIndholdet af kalcium i spildevandet stiger ca. 80 mg/L ved passage gennem det beplantede filter og 150-200 mg/L ved passage gennem fosfor-filteret (Figur 7.11). Dette svarer til, at der frigives ca. 100 g kalcium pr døgn fra anlægget. Ved recirkulering bliver koncentrationerne i bundfældningstank og afløb som forventet mere ens pga. den store opblanding i anlægget. Vandets ledningsevne, som er et mål for vandets indholdet af elektrisk ledende ioner, falder lidt ved passage gennem filteranlægget (Figur 7.12). Dette kan skyldes fjernelse af ioner i filteret ved adsorption til filtermediet og planteoptag, men fortynding via nedbør kan også have nedsat ledningsevnen. Ved passage gennem kalcit-filteret stiger ledningsevnen væsentligt som følge af frigivelse af ioner i filteret. pH i spildevandet i anlægget en ca. 8 (Figur 7.13). Når der recirkuleres falder pH ca. en halv enhed til pH 7,5 i afløbet fra det vertikale bed.
Figur 7.11 Koncentration af kalcium (Ca) i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, udløb fra anlægget ved Mosehuset, og søen ved Mosehuset, 2002
Figur 7.12 Ledningsevne i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, og udløbet fra anlægget ved Mosehuset, og søen ved Mosehuset, 2002
Figur 7.13 pH i indløb (afløb fra bundfældningstank), afløb fra det beplantede filter, og udløbet fra anlægget ved Mosehuset, og søen ved Mosehuset, 2002 7.3 BelastningsopgørelseDet var desværre ikke muligt at udtage repræsentative prøver af tilløbet til bundfældningstanken. Derfor kan anlæggets belastning ikke måles direkte ved prøvetagning og kemisk analyse. Koncentrationen af de forurenende stoffer i prøverne fra afløbet af bundfældningstanken er reduceret pga. stoffjernelse i bundfældningstanken. Belastningen ud af bundfældningstanken kan estimeres på baggrund af disse analyser sammenholdt med vandforbruget i husstanden. Heraf fås, at belastningen ud af bundfældningstanken i perioden fra den 22. august til den 16. oktober var (middel ± 1 standardafvigelse):
Værdier i parentes angiver belastningen der svarer til fire PE.
Figur 7.14 Stofbelastning i afløb fra bundfældningstank af total-P, total-N og BI5 afbildet mod en hypotetisk belastning fra 4 PE under antagelse af en udledning af 60 g BI5 pr PE pr døgn, 12,5 g kvælstof pr PE pr døgn 2,5 g fosfor pr PE pr døgn. Sammenholdes værdierne med den teoretiske døgnbelastning fra 4 PE, under antagelse af at døgnbelastningen er 60 g BI5 pr PE, 12,5 g N pr PE og 2,5 g P pr PE, ses, at der er ca. 30% reduktion af BI5 i bundfældningstanken, kvælstofudledningen er faktisk større end svarende til 4 PE, og der er 8% reduktion af fosfor i bundfældningstanken. Det synes derfor rimeligt at antage, at stofudledningen fra husstanden ved Mosehuset svarer til 4 PE (se også Figur 7.14). 7.4 Sammenligning af udledning med renseklasserSammenholdes afløbsværdierne fra anlægget med udløbskravene for minirenseanlæg, overholdet anlægget ikke kravet til fjernelse af BI5(mod) på 10 mg/l når der ikke recirkuleres. Den gennemsnitlige afløbskoncentration i perioden uden recirkulering var 19 mg/l. I perioden med recirkulering er der kun analyseret for BI5 ved tre prøvetagninger, og her var koncentrationen henholdsvis 8, 10 og 14 mg/l. Ved recirkulering var afløbskoncentrationen således tæt på grænseværdien. Kravet til ammonium på 5 mg/l kunne ikke opfyldes hverken med eller uden recirkulering. Den gennemsnitlige ammonium afløbskoncentration uden recirkulering var 23 mg/l, og med recirkulering 6,3 mg/l. Disse afløbsværdier skal dog ses i sammenhæng med at indløbskoncentrationen af NH4-N til det vertikale bed var høj, gennemsnitlig 105 mg/l. Udløbskravet for fosfor på 1,5 mg/l var overholdt i perioden uden recirkulering, idet den gennemsnitlige afløbskoncentration var 0,5 mg/l. I perioden med recirkulering, var den gennemsnitlige afløbskoncentration 2,4 mg/l, hvilket skyldes problemerne med for kort kontakttid og evt. mætning af filtermediet i denne periode. Renseklasserne specificerer nødvendig stofreduktion – og ikke afløbskoncentration. Stofreduktionen i anlægget kan beregnes som reduktionen i filteranlægget efter bundfældningen. Herved undervurderes anlæggets samlede renseeffekt idet det stof der fjernes i bundfældningstanken ikke medregnes. Den beregnede renseeffekt af Tabel 7.1. Det ses af tabellen, at filteranlægget fjerner 94-97% BI5, 90-97% total-fosfor og 70-84% total-kvælstof. Nitrifikationsraten er 71% når der ikke recirkuleres og 96% når der recirkuleres. De forholdsvis høje koncentrationer af ammonium i afløbet og utilstrækkelige nitrifikation i perioden uden recirkulering skyldes sandsynligvis det koncentrerede spildevand og måske et for groft filtermedium. Det ses ligeledes af tabellen, at recirkulering af afløbsvand tilbage til bundfældningstanken generelt forbedrer anlæggets funktion væsentligt. Udledning af organisk stof (BI5) og total kvælstof halveres, og udledningen af ammonium og organisk N reduceres fra 20 til 3 g/døgn. Recirkuleringen har imidlertid en negativ effekt på fjernelsen af fosfor i kalcit-filteret, sandsynligvis som følge af nedsat kontakttid og tilklogningsproblemer. Fosfor-filteret bør derfor ikke placeres, således at det ved recirkulering modtager en øget hydraulisk belastning, men bør placeres i selve afløbet fra anlægget. Tabel 7.1 Registreret fjernelse af BI5, fosfor, kvælstof og nitrifikationsgrad i det beplantede filteranlæg ved Mosehuset, 2002. Perioden uden recirkulering er fra den 22. august til den 16. oktober; perioden med recirkulering er fra den 25. oktober til den 20. november (n=4). Der er angivet stofbelastning og rensegrad ved anvendelse af stofmængden efter bundfældning som belastning. * Mængde i udløb er beregnet på baggrund af koncentrationen af Kjehldal-N, dvs. ammonium + organisk N, 7.5 Konklusioner og anbefalingerPå baggrund af undersøgelserne i fuldskalaanlægget ved Mosehuset kan følgende konklusioner og anbefalinger uddrages:
De her beskrevne erfaringer og anbefalinger vil blive indarbejdet i de retningslinier for etablering af beplantede filteranlæg op til 30 PE, der er under udarbejdelse.
|
