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

Forsøg med rensning af spildevand i det åbne land i beplantede filteranlæg

3 Design og opbygning af forsøgsanlæg

3.1 Overordnede designforudsætninger og principper for forsøgsanlæg
3.2 Etablering af forsøgsanlægget.
3.3 Opbygning af filteret
      3.3.1 Valg af filtergrus
3.4 Rør ventiler og brønde.
3.5 Anlæggets frihedsgrader
3.6 Instrumentering, datalogning og overvågning

3.1 Overordnede designforudsætninger og principper for forsøgsanlæg

De overordnede designforudsætninger for forsøgsanlægget er valgt ud fra, at renseanlægget skal kunne etableres og vedligeholdes af den enkelte bruger. Forsøgsanlægget er derfor designet med hensyntagende til nedenstående punkter.

1. Anlægget skal være nemt at etablere og med anvendelse af lokale tilgængelige materialer.
2. Anlægget skal kræve ingen, eller kun ringe, vedligeholdelse.
3. Elektricitet forventes at være tilgængeligt (240 V).
4. Forbehandling af spildevand foretages i en 2 m³ tre-kammer bundfældningstank.

Anlægsudgifterne bør være sammenlignelige med lignende lavteknologiske anlæg for enkelthusstande (sandfiltre, nedsivningsanlæg og pileanlæg). Det er derfor et mål, at de totale anlægsudgifter (inkl. bundfældningstank) ikke overstiger 35.000 kr.

Ovenstående hensyn har ført til følgende design principper:

1. Bedste resultater forventes opnået ved anvendelse af vertikalt flow i det beplantede filter.
2. Det anvendte filtermedium skal være vasket groft sand eller fint grus for at sikre gode hydraulisk egenskaber.
3. Filterets dybde er en vigtig parameter og skal mindst være én meter. 
4. Det vertikale filter opbygges som et aerobt filter, hvorfor en effektiv opsamling af behandlet spildevand fra bunden af filteret er vigtig.
5. Opsamlingsdrænet i filterets bund skal være passivt luftet, således at filteret får tilført ilt fra bunden.
6. Fordelersystemet på toppen af det vertikale filter skal fordele spildevandet jævnt over hele filterets overflade.
7. Tilførslen af spildevand til filteret skal foretages som pulsbelastninger for at sikre god fordeling og en periodisk beluftning af den biofilm, som sidder på filtermediet. Dette opnås bedst ved anvendelse af en pumpe.
8. Rør, brønde og fordelersystemet på filteroverfladen, skal sikres mod frost.
9. Filtret skal beplantes med tagrør (Phragmites australis) for at sikre en mekaniske bearbejdning af filtermatrixen, således at tilstopning modvirkes.
10. Spildevandet skal forbehandles i en tre-kammer bundfældningstank før det tilledes filteret.
11. For anlæg, som har krav til fosforfjernelse, bør filtermaterialet have et højt indhold af kalcium.
12. For at kunne sikre en konstant og kontrollerbar fosforreduktion, skal anlæg med krav til fosfor kunne udbygges med en separat filterenhed indeholdende et udskiftelig materiale med høj fosforbindingskapacitet.
13. For at kunne opnå en høj fjernelse af total kvælstof, vil det være nødvendig at recirkulere det rensede spildevand tilbage til det anaerobe første kammer i bundfældningstanken.
14. Tilstopning af filtret kan undgås gennem optimal udvælgelse af filtermedie og hydraulisk belastningsmønster.

For at kunne foretage en kvantitativ bestemmelse af ovenstående designprincipper blev forsøgsanlægges designet med mulighed for at variere og undersøge:

• Effekten af belastningsforhold
• Effekten af enkelt kontra to-trins vertikal filtrering i serie
• Fosforbinding i et kalcit-baseret filter
• Effekten af recirkulation

Forsøgsanlæggets generelle opbygning.  

Figur 3.1 viser forsøgsanlæggets layout. Forsøgsanlægget inkluderer en 2 m³ bundfældningstank, to beplantede bede med vertikalt flow, hvor det ene er dobbelt så stort som det andet, tre brønde til fosfor-fjernelse, fire pumper, der muliggør forskellige driftsmønstre samt diverse flowregulerings- og afspærringsventiler.

Klik her for at se Figur 3.1

Figur 3.1. Skematisk layout af forsøgsanlægget ved Trige RA

3.2 Etablering af forsøgsanlægget.

Forsøgsanlægget er opbygget i en standard 20-fods container, der er opdelt i to individuelle celler, som udgør henholdsvis 1/3 og 2/3 af containerens volumen. Dimensionen på det lille filter er 2,28 m x 1,98 m, svarende til et effektivt overfladeareal på 4,51 m², mens dimensionen på det store filter er 2,28 m x 3,94 m, svarende til et overfladeareal på 8,98 m². Hver celle er sikret mod udsivning med en 0,75 mm polyethylen membran. Containeren blev opstillet med et 10‰ fald.  Filteroverfladen er etableret uden fald. Drænledningerne i bunden af de to bede er forbundet til lodretstående udluftningsrør for at muliggøre konvektion af luft til bunden af filteret. Filteret er konstrueret således, at alt vand straks afdrænes fra filteret. Figur 3.2 viser en plan over forsøgsanlægget med angivelse af de enkelte komponenter.

Klik her for at se Figur 3.2

Figur 3.2. Teknisk plantegning af forsøgsanlægget ved Trige RA. Forsøgsanlægget indeholder følgende delkomponenter: (1) Indløbspumpe, som føder forsøgsanlægget med ubehandlet spildevand;(2) 2-m³ trekammer bundfældningstank; (3) Første pumpebrønd, som kan føde de to beplantede bede (vertikale filtre) med bundfældet spildevand; (4) Det store vertikale filter; (5) Tre serieforbundne fosforfældningsbrønde; (6) Anden pumpebrønd, der muliggør seriel rensning i to vertikale filtre; (7) Det lille vertikale filter. (8) Afløbsbrønd med pumpe for recirkulering; (9) Rørføring for recirkulering af afløbsvand til første kammer i bundfældningstanken; (10) Udløb.

Figur 3.3 viser et tværsnit af containeren indeholdende de to vertikale bede med membran, drænsystem og filteropbygning. Det skal understreges, at forsøgsanlægget ikke afspejler forventningen til hvordan fuldskala anlæg skal konstrueres, men alene er konstrueret ud fra et ønske om at kunne teste et stort antal forskellige driftsscenarier.

Klik her for at se Figur 3.3

Figur 3.3. Tværsnit af forsøgsanlæg som viser opbygningen af de to vertikale filtre.

Anlægsarbejdet på forsøgsanlægget blev påbegyndt primo april 2001. De følgende billeder (Figur 3.4 til Figur 3.12) viser den egentlige opbygning.

Figur 3.4 Sandpude med 10 ‰ fald for fundament til container under opbygning.

Figur 3.5 Containeren er blevet foret med en 0,75 mm membran. Bunddræn er etableret i de to celler.

3.3 Opbygning af filteret

Mediet i de to beplantede filtre blev opbygget af to forskellige gruslag. Bundlaget blev opbygget af et 20 cm tykt lag af vasket grus i størrelsen 8-16 mm, og har til formål dels af dække drænrørene, og dels at sikre en god afdræning og beluftning af filteret. Over drænlaget er der udlagt et 0,9 m tykt lag grus fra en nærliggende grusgrav. Den effektive filterhøjde, det vil sige fra filtertop til overkant på drænrør i bunden af filtret, er 1,0 m.

Figur 3.6 Filterets nederste 20 cm består af ærter i størrelsen 8 –16 mm for at sikre en god afdræning og beluftning. Det overliggende filterlag består filtersand fra en nærliggende grusgrav.

Figur 3.7 Trykfordelerrør udlagt på toppen af filteret. Trykfordelerrørene er senere blevet dækket af et 15 cm isolerende lag af træflis.

3.3.1 Valg af filtergrus

I forbindelse med valg af filtergrus blev der indsamlet prøver fra lokale grusgrave. Prøverne blev besigtiget og vurderet ud fra de medfølgende datablade, hvoraf kalciumindhold og størrelsesfordelingen af partiklerne fremgik. Med henblik på at opnå en stor fosforbindingskapacitet i mediet ønskes et højt kalciumindhold. Og for at sikre en stor partikeloverflade og samtidig en god hydraulisk kapacitet ønskes forholdsvis finkornet og enskornet filtersand. Efter levering af det valgte filtersand til forsøgsanlægget i Trige, blev der udtaget prøver til sigteanalyse. Ud fra nedenstående kornstørrelsesfordelingskurve fremgår, at d₁₀ er 0,55 mm; d₆₀ er 3,1 mm, hvilket giver en uensformighedskoefficient på 5,6.

Figur 3.8 Kornstørrelsesfordelingskurve for filtersandet i forsøgsanlægget I Trige. d₁₀ = 0,55 mm; d₆₀ = 3,1 mm og uensformighedskoefficienten er 5,6.

3.4 Rør ventiler og brønde.

Forsøgsanlægget er bestykket med et forholdsvis stort antal rør, ventiler og brønde, der muliggør et højt antal af driftsmuligheder samt kontrol og styring af flow. 

Figur 3.9 (1) Indløbs-pumpe;(2) 2-m³ trekammer bundfældningstank; (3) Første pumpebrønd; (4) Det store vertikale filter; (5) Tre serieforbundne brønde til binding af fosfor; (6) Anden pumpebrønd; (7) Det lille vertikale filter; (8) Afløbsbrønd med pumpe for recirkulering; (9) Recirkulering til første kammer i bundfældningstanken; (10) Udløb.

Figur 3.10. Anlægget er beplantet med pottede frøplanter af tagrør (Phragmites australis), der har et veludviklet rodnet.

3.5 Anlæggets frihedsgrader

Forsøgsanlægget er opbygget med et stort antal muligheder for at variere belastnings- og flowmønster. Foruden muligheden for at kunne bestemme belastningens størrelse og døgnvariation ind på selve forsøgsanlægget, kan forskellige driftskombinationer vælges. Således kan betydningen af enkelt- kontra to-trins filtrering undersøges, med og uden fosforfældning, og med og uden recirkulation af afløbsvand tilbage til bundfældningstanken. Ligeledes kan der vælges mellem at belaste det lille eller det store bed som første bed.

Med henblik på at simulere døgnvariationen i belastningen for små udledere, hvor timebelastningen kan være flere gange større end den gennemsnitlige timebelastning, bliver døgnbelastningen på anlægget styret via PLC-kontrol, således at pumpefrekvens og varighed sættes i forhold til vandbelastningen på Trige RA. Derved opnås, at døgnvariationen i belastningen af forsøgsanlægget svarer til døgnvariationen i belastningen på Trige RA.  Samtidig vil døgnbelastningen variere afhængigt at mængden af spildevand tilledt Trige RA. 

3.6 Instrumentering, datalogning og overvågning

Forsøgsanlægget er udstyret med on-line flow (3 stk.), ilt (2 stk.), redox (2 stk.), pH (3 stk.) og temperatur sensorer (2 stk.) monteret forskellige steder i forsøgsanlægget. Data fra disse on-line sensorer opsamles løbende i en PLC styret datalogger med GSM-modul. Dette muliggør, at anlægget kan fjernovervåges, og at data kan hentes via modem.

Figur 3.11 Forsøgsanlægget er udstyret med 3 flowmålere, 2 iltsensorer, 2 temperatur, 3 pH og 2 redoxsensorer.

Figur 3.12 Forsøgsanlægget overvåges af en PLC'er, som er forbundet til en datalogger og et GSM modul for online opkobling via modem.

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

Version 1.0 November 2004, © Miljøstyrelsen.