| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Etablering af pileanlæg - Baggrundsrapport

10 Masse- og stofbalance for pileanlæg

Masse- og stofbalancen omfatter sammen med miljøvurderingen i kapitel 11 en vurdering af belastning med og skæbne af organisk stof, næringsstofferne kvælstof og fosfor, de metaller, der indgår i slambekendtgørelsen, samt de salte, der kunne tænkes at blive ophobet i anlægget i større mængder.

Vurderingen af stofbelastningen tager udgangspunkt pileanlæg med tæt bund, i belastningen af anlæggene målt i pe og i spildevandsbekendtgørelsens og litteraturens data for sammensætningen af husspildevand. Vurderingen af stoffernes skæbne omfatter omsætning og ophobning af stoffer i jorden i pileanlægget samt fjernelse ved høst af biomasse, en beregning af resulterende koncentrationer i anlægget efter 20 og 50 år og en sammenligning af disse koncentrationer med gældende værdier for klassificering af metalforurenet jord.

For pileanlæg uden bund gives endvidere en kort vurdering af den potentielle nedsivning fra anlægget og dennes betydning for akkumulation af metaller og salte.

10.1 Belastning af pileanlæg med husspildevand

I forhold til den omgivende jord tilføres jorden og derved vegetationen i pileanlæg en række næringsstoffer og miljøfremmede stoffer med spildevandet. Denne tilførsel kan have betydning for jordkvalitet og pilenes vækst.

10.1.1 Karakteristik af husspildevand

I et netop udgivet projekt fra Miljøstyrelsen, "Miljøkonsekvenser ved nedsivning af spildevand renset i økologiske renseanlæg sammenlignet med traditionel nedsivning" /1/, er der udtaget prøver på udløbene fra to bundfældnings-tanke, der betjener hhv. en almindelig ejendom med to personer og en familien på 4 personer og en lille frisørsalon. Idet pileanlæg belastes med husspildevand efter mekanisk rensning i bundfældningstank, anvendes sammensætningen af dette spildevand i de senere beregninger af stofbalancen for pileanlæg.

I nedenstående figur 10.1 findes analysedata for fra Miljøstyrelsens nedsivningsprojekt /1/ (husspildevand renset i bundfældningstank) angivet sammen med resultater fra Miljøprojekt nr. 357 /2/ og de standardværdier, der er opgivet for råt spildevand i lærebogen Spildevandsrensning /3/ (Henze et al.).

Figur 10.1.
Indhold af forurenende stoffer i husspildevand.

10.1.2 Belastning af pileanlæg fra spildevand

På baggrund af de værdier for spildevands indhold af forurenende stoffer, der findes i figur 10.1 og et vandforbrug på 35 m³/pe/år, findes den årlige forureningsbelastning af pileanlæg beregnet i figur 10.2. De forskellige værdier i de tre søjler afspejler, ligesom i figur 10.1 forskellen på det spildevand, der er karakteriseret. Alle værdier er opgivet i gram stof pr. pe pr. år.

Figur 10.2.
Belastning af pileanlæg med husspildevand ved et vandforbrug på 35 m³ /pe.

10.2 Pilens optag af metaller og salte

Pil optager og akkumulerer metaller og salte fra den jord, den dyrkes i. Dette fænomen kaldes phytoextraktion. I litteraturen diskuteres dette forhold både med det udgangspunkt, at piledyrkning kan anvendes som renseteknik for forurenet jord og med det udgangspunkt, at pilens indhold af metaller kan udgøre et problem ved genanvendelse eller bortskaffelse af aske fra piletræ anvendt til energiformål.

Phytoekstraktion af metaller udnytter altså planternes evne til at ekstrahere metaller fra jorden samt dens evne til at optage og opkoncentrere disse i plantematerialet. Princippet i at anvende phytoekstraktion som oprensningsteknik er, at planterne via jordvæsken optager metal, der frigives fra jorden. De overjordiske plantedele kan efterfølgende høstes, hvorved en metalmængde svarende til planternes indhold fjernes fra arealet. I princippet er der herefter flere muligheder for efterbehandling af det høstede plantemateriale. Plantedelene kan f.eks. forbrændes som biobrændsel og asken efterfølgende genanvendes som gødning eller, hvis den indeholder for høje koncentrationer af metaller, deponeres.

Foruden optag af metaller fra jorden bidrager deposition af metaller fra luften til planters indhold af metaller.

10.2.1 Parametre med betydning for planters optag af metaller og salte

Visse planter kan optage metaller i koncentrationer, der normalt vil være toksisk for plantevækst. En lang række mekanismer har betydning for den samlede proces, herunder særligt tilstandsformen og biotilgængeligheden af forureningsstofferne i jorden og planternes evne til at akkumulere og isolere de toksiske stoffer

I relation til phytekstraktion er der to forskellige typer af planter, som adskiller sig ved de mekanismer, hvorved metallerne optages i planterne. Den ene type er de såkaldte hyperakkumulerende planter, der er kendetegnet ved gennem aktivt optag at kunne akkumulere høje koncentrationer af visse tungmetaller. Den anden type er de ikke-hyperakkumulerende planter, som gennem høj tolerance og/eller stor biomasseproduktion også kan optage væsentlige mængder af tungmetaller. /8/.

Pil hører til de ikke hyperakkumulerende planter.

Pil høstes normalt i vinterperioden med et vandindhold omkring 50%, oftest med 3-4 års mellemrum. Er formålet en maksimal fjernelse af salte og metaller kan pilen høstes med grønne blade om efteråret.

De jordbundsfaktorer, der har betydning for planternes metaloptag, er jordens pH, jordtypen, koncentrationsniveauet af metallerne, jordens indhold af organisk stof, tilførsel af gødning og jordvæskens sammensætning. De enkelte faktorers sammenhæng med planters optag af de forskellige metaller er ikke klarlagt. /8/.

I jorden er pH den altovervejende styrende parameter for planternes optag af metaller og for fordelingen af tungemetaller mellem jord og jordvæske.

Den generelle viden om optag af metal i planter bygger primært på forekomsten af metal som totalkoncentration i jorden eller som en ekstraherbar del af jordens totale indhold. Flere studier har således vist en god korrelation mellem koncentrationer af f.eks. Cd i planter og koncentrationer af Cd i jord. /8/.

10.3 Fjernelse af salte og metaller med høst af pil

I nedenstående figur 10.4 findes en opsamling af data for indhold af metaller og salte i pil. Opsamlingen er baseret på referencerne /6/, /8/, /9/ /10/.

Figur 10.3.
Indhold af metaller og salte i pil, ¹⁾ tal for førsteårsskud. Supplerende undersøgelser har vist, at indholdet af næringsstoffer i veddet falder år for år.

Det vurderes, at data fra /9/, "Kemiske brændselsdata for dansk energipil, Elsam Projekt (1995), er veldokumenterede og repræsentative for danske forhold, idet de stammer fra analyser af 8 prøver udtaget af pil af forskellig alder, klon og voksested i Danmark. En middelværdi af disse analyser anvendes derfor i det følgende. For de metaller, der ikke findes analyseret i /9/, anvendes den laveste værdi i de videre beregninger. Dette valg er foretaget for at beregningerne af metalakkumulering i pileanlæggets jordvolumen kan betragtes som "worst case".

De mængder af salte og metaller, der fjernes fra et pileanlæg ved høst er opgjort i figur 10.4 på basis af data i figur 10.3 og under forudsætning af, at anlægget er dimensioneret med 50 m²/pe og at der høstes pil fra anlægget svarende til en mængde på 10 t ts/ha/år.

Det antages, at høst sker om vinteren. Fjernelsen af næringsstoffer kan forøges ved at høste, mens pilen endnu bærer friske blade, idet friske blade indeholder væsentlig højere koncentrationer af N og P end ved. Der er ikke fundet dokumentation for at noget tilsvarende gælder metaller og salte /10/.

Figur 10.4.
Fjernelse af salte og metaller med høst af pil fra et pileanlæg. Alle tal opgjort på basis af figur 10.3 og angivet g stof pr. pe pr. år og under antagelse af et høstudbytte på 10 t tørstof/år og en dimensionering af anlægget på 50 m² pr. pe.

10.4 Massebalance for metaller, salte og miljøfremmede stoffer i pileanlæg med bund

I et pileanlæg, hvor det tilførte vand alene forlader anlægget ved fordampning, vil der ske en akkumulation af spildevandets indhold af salte, metaller og ikke-nedbrydelige organiske forbindelser.

Ved høst af biomasse fjernes en del af de tilførte stoffer. Kvælstof vil desuden kunne fjernes fra anlægget ved denitrifikation, mens svovl vil kunne fordampe som svovlbrinte. Det er uden for dette projekts område at forsøge at kvantificere disse strømme. Det er dog velkendt, at denitrifikation i våde enge pr. arealenhed kan antage samme størrelsesorden, som de mængder af kvælstof, der tilføres pileanlæg.

Fjernelse af miljøfremmede organiske stoffer (PAH, LAS, NPE og DEHP) ved høst af biomasse er ikke vurderet, idet det ikke har været muligt at finde data for indhold af disse stoffer i pil. Pil er meget brugt ved phytoremediering af jord, der er forurenet med organiske forbindelser, men det har ikke været muligt at finde forsøg, der dækker det meget lave koncentrationsområde, der er relevant i pileanlæg.

På baggrund af tal for belastning (figur 10.2) og fjernelse ved høst (figur 10.4) er der i figur 10.5 opstillet en massebalance for salte og metaller i et pileanlæg. Alle tal er opgivet i kg pr. ha pr. år.

Figur 10.5.
Massebalance for metaller og salte tilført pileanlæg. I kolonnerne findes tilført og fjernet mængde i kg pr. ha. pr. år (beregnet på baggrund af data i figur 10.2 og 10.4). I sidste kolonne er opstillet en massebalance for pileanlæg ligeledes opgjort i kg pr. år på hektarbasis. Ved opgørelsen af de mængder af metaller, der tilføres med spildevand og fjernes ved høst er der ikke taget højde for deposition eller optagelse af metaller fra luft.

Sammenfattende ses af figur 10.5, at der i jorden i anlægget sker en ophobning af alle måleparametre bortset fra cadmium. Deposition eller optagelse af metaller fra luft indgår ikke i den opstillede balance. Det betyder, at den tilsyneladende nettofjernelse af cadmium næppe er reel, idet en stor del af pilens indhold af cadmium sandsynligvis er optaget fra luften.

10.5 Udvaskning af salte, metaller og miljøfremmede stoffer fra pileanlæg med nedsivning

Et pileanlæg med nedsivning er, hvad angår udvaskning af metaller og salte, principielt sammenligneligt med et nedsivningsanlæg. Nedsivning skal derfor indgå som en parameter i massebalancen for et pileanlæg med nedsivning.

Pileanlæggets store areal betyder dog, sammen med piletræerne fordampning af vand og optag af metaller og salte, at fladebelastningen fra et pileanlæg med nedsivning vil være væsentlig mindre end tilsvarende belastning fra et nedsivningsanlæg. Da nedsivning i nedsivningsanlæg etableret efter vejledningen betragtes som en acceptabel afledning af spildevand (se bl.a. /1/), forudsættes det, at det samme gælder for pileanlæg med nedsivning, i det omfang, at de anlægges, så de respekterer de afstandskrav, der findes i nedsivningsvejledningen.

I det følgende opsummeres derfor blot en række kvalitative betragtninger omkring nedsivningens betydning for massebalancen i pileanlæg med nedsivning.

10.5.1 Tungmetaller

Generelt sker der en væsentlig tilbageholde af tungmetallerne i jorden ved nedsivning af spildevand. Graden af tilbageholdelse er specifik for de enkelte metaller og afhænger desuden af en række jordbundsparametre (tekstur, pH, indhold af organisk stof mm.) En mindre andel af de metaller, der tilføres med spildevandet, udvaskes dog. Ophobningen af metaller i pileanlæg med nedsivning vil derfor være mindre end i lukkede anlæg og den resulterende forøgelse af metalkoncentrationerne i jorden mindre end i nedsivningsanlæg.

10.5.2 Klorid

Modsat de lukkede pileanlæg vil klorid i pileanlæg med nedsivning vil på årsbasis blive vasket ud med vandet i forbindelse med nedsivning.

10.5.3 Miljøfremmede stoffer

Ligesom for metallerne gælder det, at de miljøfremmede organiske stoffer, der er mobile, udvaskes med vandet og de stoffer, der tilbageholdes, ophobes i jorden i pileanlæg med nedsivning. Idet, der paralleliseres til undersøgelser af miljøforholdene ved nedsivning i nedsivningsanlæg /1/, hvor fladebelastningen er større end i pileanlæg, vurderes hverken nedsivning eller ophobning af miljøfremmede organiske stoffer at være et problem i pileanlæg med nedsivning. Der er derfor ikke foretaget en vurdering af pilens betydning for fjernelse (nedbrydning eller optag) af miljøfremmede stoffer.

10.6 Referencer

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |