Udvikling af metode til karakterisering af gråt spildevand

6 Casestudie

Figur 6.1 Beboelsen BO-90

Figur 6.1 Beboelsen BO-90. (Billede af E. Eriksson)

I dette kapitel beskrives den lokalitet der er udvalgt i projektet.

Derudover præsenteres måleprogrammets 2. trin der er udarbejdet specifikt til den aktuelle lokalitet.

6.1 Den udvalgte lokalitet - BO-90

De udvalgte metoder til karakterisering af gråt spildevand, Inventeringsmetoden og Måleprogrammet, er blevet afprøvet hos en beboerforening, BO-90 på Nørrebro i København (figur 6.1).

Forud for projektets start var der allerede etableret en udmærket kontakt til beboerne i BO-90, der udviste stor interesse for at deltage i projektet.

I slutningen af 80´erne samledes en gruppe beboere på Nørrebro for at starte et samarbejde omkring forbedring af boligforholdene. De ønskede at skabe en boligform, der sikrede større fællesskab samt gjorde det muligt at bestemme over egen bolig og selv kunne ændre de fysiske rammer. Hertil kom at gruppen, der kaldte sig BO-90, ville have at boligerne skulle udformes således, at miljøbelastningen blev mindst mulig. Der blev lagt fokus på forhold som energiforbrug (el og fjernvarme), vandforbrug, affaldsmængder og indeklima.

I samarbejde med en rådgiver og Foreningen Socialt Boligbyggeri (FSB) var det i 1992 muligt at præsentere et færdigprojekteret hus, BO-90. Huset blev opført på Tjørnegade 9, 2200 København N og stod klar til indflytning i 1993.

De miljømæssige tiltag hos BO-90 er følgende:

  • Der er blevet installeret et såkaldt tagrumssolfangeranlæg (150 m²) i den sydvendte tagflade, der kan udnytte energien i den varme luft i tagrummet. Anlægget blev til i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet. I dag leverer anlægget ca. 28 % af den samlede energimængde til opvarmning af brugsvand, centralvarme og ventilationsanlæg.
  • På alle fællesområder anvendes der lavenergibelysning. Det samlede elforbrug dækkes af vindmølleenergi.
  • Der er monteret vandbesparende blandingsbatterier til køkkenvask, håndvask og brusere (disse er endvidere styret af termostat). Hovedparten af vandet til toiletskyl i ejendommen er regnvand. Således har regnvandet leveret ca. 60% af den nødvendige vandmængde til toiletskyl. Resten har været dækket af drikkevand.
  • Ved byggeriets opførelse blev der installeret dobbelte faldstammer i ejendommen således at det grå spildevand (fra bad og håndvask) med tiden ville kunne genanvendes til toiletskyl og dermed frigøre regnvandet til tøjvask.

Antallet af beboere og deres aldersfordelingen i august 2000 og marts 2002 fremgår af tabel 6.1.

Tabel 6.1 Aldersfordelingen på BO-90 anno 2002.

Alder [år] August 2000
Antal personer¹
Marts 2002
Antal personer²
0-5 5 5
6-13 4 8
14-19 3,5* 3
20-29 2 3
30-49 11 12
50-69 1 4
70® 1 1
Sum 27,5 36

1 Antal personer der deltog i inventeringen.
*En person var kun tilstede halvdelen af forsøgsperioden
2 Larsen (2002)

6.1.1 Gråvandsanlæg

I kælderen i BO-90 er der installeret et rensningsanlæg til gråt spildevand (se figur 6.2), der er projekteret af Transform – Dansk Rodzone Teknik Aps., der laver lavteknologiske løsninger til håndtering af spildevand. Anlæggets opbygning fremgår af figur 6.3.

Figur 6.2 Gråvandsanlægget på BO-90

Figur 6.2 Gråvandsanlægget på BO-90. (Billede af E. Eriksson)

Gråt spildevand fra håndvaske, bad og gulvafløb i badeværelserne på BO-90 opsamles i en beholder på 500 L i kælderen, hvorfra det ledes til et posefilter, der fjerner større partikler. Derpå ledes vandet gennem to beluftede sandfiltre, der er forbundet i serie. Sandfilterne fungerer som partikelfiltre, det vil sige at partikler af en vis størrelse tilbageholdes når vandet løber ned gennem filterlaget, og som biologiske filtre idet der sker en omsætning af organisk stof m.m. Hvert sandfilter har et volumen på 200 L, men på grund af porøsiteten af sandet, som er ca. 40 %, kan der kun være en vandmængde på 80 L.

Gråvandet ledes ind i toppen af filterne og ud i bunden. For at undgå tilstopning af filterne returskylles de med regnvand eller opsamlet gråvand. Skyllevandet fra returskylninger ledes direkte til kloakken. Efter filtreringen ledes vandet til en buffertank, der fungerer som opsamlingstank for renset gråvand. Her er det hensigten, at vandet skal lagres indtil der er brug for det til toiletskylning. På anlægget er der installeret en doseringspumpe, som kan dosere desinfektionsmiddel i den sidste opsamlingstank. I tilfælde, hvor der ikke er tilstrækkelig med gråt spildevand til toiletskylning, anvendes opsamlet regnvand. Regnvandet ledes da til hydroforen, se figur 6.3. Til styring og regulering af anlægget er der opsat en styringsenhed.

Klik her for at se Figur 6.3

Figur 6.3 Flowdiagram over gråvandsanlægget hos BO-90.

6.2 Måleprogram

6.2.1 Måleprogrammet – trin 1

Måleprogrammets trin 1 blev anvendt på BO-90, se kap 8.1 og bilag D. Efter evaluering af resultaterne blev et mere specifikt måleprogram udarbejdet for lokaliteten, Ved udarbejdelsen af 2. trin i måleprogrammet blev der sat fokus på typen af rensningsanlæg og formålet med anvendelsen.

6.2.2 Måleprogrammet – trin 2

6.2.2.1 Fysiske og kemiske parametre samt miljøfremmede stoffer

I måleprogrammet indgår basis parametrene (suspenderet stof, turbiditet, temperatur, pH, ledningsevne, BOD, COD, ilt- og sulfidkoncentrationen) og NVOC, se også bilag E. Lave niveauer af metallioner blev fundet i trin 1 og de indgår derfor ikke i trin 2.

Det bedømmes, at et eventuelt indhold af tungmetaller og organiske miljøfremmede stoffer i det grå spildevand, der genbruges på BO-90 kun vil udgøre ubetydelige sundhedsrisici, når vandet bruges til toiletskyl. Argumentet for dette er, at koncentrationerne af tungmetallerne er under kravværdierne for drikkevand (se kap 8.1), og at de fundne organiske miljøfremmede stoffer findes i  husholdningskemikalier, der er tilladt til ind- og udvortes brug som bestanddele af produkter til personlig hygiejne. Problemer kan dog opstå, hvis organiske miljøfremmede stoffer tilledes i en koncentration eller kombination, der er så toksisk, at den biologiske aktivitet i biofiltrene ødelægges, hvorved der ikke kan ske nogen behandling/rensning af det grå spildevand. For at undersøge om den biologiske aktivitets kan hæmmes af det grå spildevand, har der indgået følgende to metoder til at måling af  biologisk aktivitet i måleprogrammet; inhiberingstest for nitrifikation og OUR respirationstest. Sidstnævnte tests omtales i særskilte kapitler (kapitel 6.2.3.1 og 6.2.3.2).

De fysiske og kemiske parametre, samt de to test for biologisk aktivitet, der indgik i måleprogrammets Trin 2, er vist i tabel 6.2. Denne del af måleprogrammets trin 2, benævnes analysepakke 2a. Prøvetagningssted 1 referer til indløbet til opsamlingstanken (prøven tages direkte fra faldstammen), 2 til udløbet fra 2. filter og 3 refererer til buffertanken (prøven tages direkte fra buffertanken).

Tabel 6.2. Analysepakke 2a; fysiske og kemiske analyseparametre.

Stofgruppe    
Fysiske parametre:    
  Suspenderet stof Sted 1, 2 og 3
  Temperatur  
  Turbiditet  
Kemiske parametre:    
  BOD Sted 1, 2 og 3
  COD  
  Ilt  
  Ledningsevne  
  NVOC  
  PH  
  Sulfid  
Biologisk aktivitet:    
  Hæmningstest nitrifikation Sted 2
  OUR respirationstest  

6.2.2.2 Mikrobiologiske parametre

Trin 2´s analysepakke 2b, der indeholder de mikrobiologiske parametre er vist i tabel 6.3. Indholdet af mikroorganismer i gråvandet bestemmes lige før indløbet og i det rensede gråvand, som ledes til forbrugeren Til vurdering af filternes rensningsevne, samt af hvorvidt der foregår eftervækst af mikroorganismer i buffertanken, vil der suppleres med målinger for Enterokokker og kimtal ved 22 °C i udløbet af filter 2. Af tabel 6.4 fremgår hvilke mikroorganismer der analyseres for og hvor i anlægget den pågældende parametre bestemmes.

Kimtal, Enterokokker, E.coli og coli er basis parametre. Protozoa og parasitter er ikke luftbårne og anses derfor at ikke vare et problem ved toiletskyl og indgår ikke i måleprogrammets trin 2.

Tabel 6.3. Analysepakke 2b; Mikrobiologiske parametre der har indgået  i trin 2.

Parameter Prøveudtagningssted
1 2 3
       
Indikator bakterier Clostridium perfringens (DS 2256/1), inklusive sporer
Enterokokker ISO 7899/2 (membranfiltrering)
Kimtal ved 22°C (DS/EN ISO 6222/1)
Kimtal ved 37°C, blodagar, inkl. antal hæmolytiske (DS 2217/2)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Særlige bakterier Koagulase-positive stafylokokker
(NMKL 66/3; trin 1+2)
Aeromonas bev. arter
(NMKL 150/2; trin 1+2)
Pseudomonas aeruginosa
(DS 268/1; trin 1+2)
Legionella (DS 3029:2001; trin 1+2)
X
X
X
X
  X
X
X
X

Prøveudtagningsprogram

Prøverne for trin 2 i måleprogrammet blev udtaget med følgende frekvens:

  • Ugeprøver, prøveudtagningsfrekvens en gang per uge i 3 uger november-december 2001, 7 uger i januar-februar 2002.
  • Døgnprøver, prøveudtagningsfrekvens en gang per dag i 7 dage i november-december 2001 og 7 dage i januar-februar 2002.
  • En prøve efter det at en hårfarve produkt var blevet tilsat det grå spildevand via afløbet i en af lejlighederne.

6.2.3 Prøvetagning og analyser

Prøvetagning og analysering af gråvandsprøver er foretaget i henhold til gældende standard metoder af et akkrediteret miljølaboratorium, samt af M&R´s laboratorium. Måling af den mikrobiologiske aktivitet i biofiltrene er dog blevet gennemført med metoder der ikke er standard metoder, idet der ikke forefindes standard metoder til denne type af analyser. Metoderne er derfor uddybet nedenfor.

6.2.3.1 Inhiberingstest for nitrifikation

Prøver at gråt spildevand udtaget efter de biologiske sandfiltre konserveres ved frysning ved -18°C.

Princippet i testen er at tilsætte varierende koncentrationer af forsøgsmateriale til en suspension af nitrificerende slam og ammonium. Nitrifikations-hastigheden følges i 2 timer ved at måle udviklingen af nitrit- og nitratkoncentrationen. Der udtages prøver af slamsuspensionen til bestemmelse af nitrit og nitrat produktionen til tiden 0, 1 og 2 timer, (Eilersen et al. 2002a)

Fremgangsmåde: Der opstilles 12 forsøgsflasker, heraf 2-3 kontroller og 9-10 analyser. Der foretages udelukkende enkeltbestemmelser af analyserne og pH bestemmes ved start af forsøget og umiddelbart efter forsøget afsluttes. I forsøgsflaskerne følges udviklingen i nitrit og nitrat. Nitrat samt summen af nitrat og nitrit koncentrationerne udviser kontinuert respons, og koncentrations-respons kurverne er ofte S-formede og kan estimeres ved nonlineær regression. Det antages her at data følger en Weibull-fordeling (Christensen og Nyholm (1984)), og behandles statistisk  ved hjælp af ConEcoTox programmet, som kan foretage vægtet nonlineær regression, estimation af valgfrie ECx-værdier samt fastsætte konfidensintervaller for disse (Andersen et al. (1998)).

6.2.3.2 OUR respirationstest

Testen anvendes her til karakterisering af det organiske materiales omsættelighed i spildevandet, og til at vurdere gråt spildevands hæmning af ilt respirationen. Metodens princip er at bestemme fordelingen af let omsætteligt, let hydrolyserbart og langsomt hydrolyserbart COD i spildevandet ved at følge ilt respirationen af det organiske materiale i spildevandet over længere tid (timer). Hæmningseffekten vurderes ved at bestemme ilt respirationsraten af en standard opløsning af acetat, med eller uden prøve tilstede, (Eilersen et al. 2002b).

Fremgangsmåde: Testen foretages med to parallelle opstillinger, en uden og en med forsøgsmateriale. I den første opstilling uden forsøgsmateriale tilsættes postevand i stedet for prøve til en slam suspension. Her måles den endogene respirations-rate og slammets respons på den interne standard acetat. I opstillingen med forsøgsmateriale tilsættes forsøgsmaterialet til en slam suspension. Her måles respirations-raten for prøven indtil den endogene respirations-rate opnås, og slammets respons på den interne standard acetat.

Ved start af forsøget og umiddelbart efter forsøget afsluttes bestemmes pH, alkalinitet og ledningsevne. SS og VSS bestemmes ved forsøgets afslutning.

Under forsøgene følges udviklingen i ilt koncentrationen i reaktorerne for de to forsøgsopstillinger. Ilt respirationsraten beregnes ved lineær regression.

Der registreres følgende to respirometriske parametre:

Top højde (PH for peak height)
Top areal  (PA for peak area)

Begge parametre bestemmes for en standard kalibrerings opløsning i forsøg med og uden prøve tilstede, med kendt stBOD indhold.

Vurdering af BOD indhold:

BOD indholdet i prøven kan bestemmes ved hjælp af følgende formel:

Formel

Vurdering af spildevandets hæmning af slammets aktivitet :

Den %-vise hæmning af top højde og top areal for prøven, bestemmes ved hjælp af følgende formler:

Formler

6.3 Analyser udover Måleprogrammet

Som nævnt tidligere er der blevet gennemført en række analyser af gråt spildevand fra BO-90 udover dem som er foretaget indenfor Måleprogrammets Trin 1 og 2. De analysemetoder som er blevet brugt til disse analyser er beskrevet nedenfor.

6.3.1 Miljøfremmede organiske stoffer

Miljøfremmede organiske stoffer blev analyseret i gråvand fra BO-90 på to forskellige måder: kvantitative analyser og en kvalitativ screening. Dette var en  del af et PhD projekt som er blevet gennemført ved M&R. Prøverne blev taget i glasflasker og transporteret til laboratoriet under kolde og mørke forhold, hvor de blev analyseret med det samme eller opbevaret koldt og mørkt. Prøvetagningen fandt sted fire uger i august 2000 (perioden for trin 1).

De kvantitative analyser af fedtsyrer og BTEXer blev foretaget i laboratoriet på M&R DTU ved Danske standardmetoder og metoder udviklet af instituttet (Eriksson and Ledin, 2002). Endvidere blev der udført en kvalitativ screening af miljøfremmede stoffer med fastfase ekstraktion, sekventielle eluering og GC-MS på M&R DTU enlig en metode af Paxéus og Schrùder (1996). For mere information om screeningen se Eriksson et al., 2003.

6.3.2 Andre analyser

Fra 1999 - 2002 er der foretaget er række undersøgelser af det grå spildevand fra BO-90. Undersøgelserne er foretaget af projektstuderende samt i kurset ”Anvendt miljøkemisk analyseteknik” på Miljø og Ressourcer, DTU. I de efterfølgende kapitler beskrives de parametre, de studerende har målt for samt formålet med undersøgelserne. Resultaterne af undersøgelserne indgår i karakteristikken af det grå spildevand fra BO-90 i kapitel 8.4. Yderligere undersøgelser foretaget af gråt spildevand bl.a. fra BO-90 er vist i bilag J. Samtlige analyser er blevet foretaget på M&R´s laboratorium, i følge standard metoder.

6.3.2.1 Rensningsmetoder for gråt spildevand

Projektet  ”Rensningsmetoder for gråt spildevand – en karakteristik og analyse af 2 etablerede gråvandsanlæg” er udarbejdet af Morten Smith i 2000. Formålet med projektet var at give en karakteristik af gråt spildevand fra en bolig (BO-90) og et vaskeri samt redegøre for mulige rensningsmetoder. Herunder at vurdere effektiviteten af rensningsanlægget, der renser det grå spildevand fra de to lokaliteter, og gråvandets potentiale for anvendelse til toiletskylning og vaskeformål, samt at vurdere hvilke komplikationer der kan opstå undervejs. Der er foretaget redegørelser for de miljømæssige gevinster samt hygiejniske og økonomiske aspekter ved indførelsen af disse gråvandssystemer.

I undersøgelsen er der analyseret for: pH, ilt, BOD5, COD, nitrat, nitrit, ammonium, total-kvælstof, TKN, total-fosfor, suspenderet stof, sulfat, alkalinitet, aluminium, kobber, zink, olie og fedt, turbiditet og totale coliforme bakterier (CFU/100ml).

6.3.2.2 Behandling af gråt spildevand

Karina P.S. Auffarth gennemførte i 1999 – 2000 projektet ”Behandling af gråt spildevand”. Projektets formål var at undersøge nedbrydningen af miljøfremmede organiske stoffer i rensningsanlægget for gråt spildevand på BO-90. Der blev udtaget prøver af gråvandet ved indløbet til rensningsanlægget og sandfiltrene (før buffertanken). Samtidig var det formålet at finde ud af, om der findes PAHer og BTEXer i gråvandet og om fedtsyrer fra husholdnings- og hygiejneprodukter nedbrydes i rensningsanlægget. Udover analyser af miljøfremmede organiske stoffer blev der analyseret for en række kemiske og mikrobiologiske parametre. Dette var med til at danne grundlaget for en karakteristik af gråvandet og vurderer rensningsevnen af anlægget. De mikrobiologiske parametre skulle anvendes til en vurdering af hvorvidt det rensede vand kunne genbruges til toiletskylning.

Der blev analyseret for følgende parametre: temperatur, pH, ilt, nitrat, ammonium, orthofosfat, TOC, sulfat, hydrogensulfid, BTEXer, fedtsyrer, totale antal bakterier (AODC ), totale coliforme bakterier og E. coli.

6.3.2.3 Variationsanalyse af gråt spildevand

Mai Christoffersen har i sit projekt ”Variationsanalyse af gråt spildevand” foretaget en variationsanalyse af gråt spildevand fra en opvaskemaskine, to vaskemaskiner, et afløb fra køkkenvask og afløb fra badeværelser (fra bad, håndvask og gulvafløb) på BO-90. Resultaterne af undersøgelserne på BO-90 er medtaget i tabel 8.12. Variationsanalyserne er foretaget på temperatur, turbiditet, tørstof, ammonium-kvælstof, orthofosfat, pH og TOC. I variationsanalyserne for badeværelserne er der set på døgn og uge variationen.

 



Version 1.0 Juli 2006, © Miljøstyrelsen.