Biofiltration technologies for stormwater quality treatment

Detta är en avhandling från Luleå : Luleå tekniska universitet

Sammanfattning: Dagvatten är en viktig orsak till ekologiska försämringar av urbana vattendrag p.g.a. stora avrinningsvolymer, och höga flöden samt en tillförsel av diverse föroreningar, t.ex. sediment, tungmetaller, näringsämnen, polycykliska aromatiska kolväten och salt. Dagvattenhanteringen har länge varit fokuserad enbart på att leda bort vattnet i rörledningar utan att hänsyn har tagits till retention av stora flöden eller till vattenkvalitén. På grund av dessa problem har utvecklingen av uthålliga dagvattensystem blivit allt viktigare och koncept som Lokalt Omhändertagande av Dagvatten (LOD), Water Sensitive Urban Design (WSUD) och Low Impact Development (LID) har utvecklats. En uthållig lösning inom dessa koncept är dagvattenbiofiltrering.

Dagvattenbiofilter är infiltrationsbäddar med växter där dagvattnet infiltrerar och renas av växterna och filtermaterialet. De har en god förmåga att fördröja stora flöden samt att reducera föroreningar i dagvattnet innan det släpps ut till recipienten. Dessutom är det en estetisk och naturnära teknik som mycket väl kan integreras arkitektoniskt i både nya och befintliga stadsmiljöer. Dock saknas det fortfarande mycket kunskap om de processer som styr reningsförmågan samt hur de påverkas av varierande omgivningsförhållanden. I denna avhandling har därför effekterna av olika omgivningsfaktorer, dagvattenegenskaper och design av biofilter på reningen av metaller, näringsämnen och sediment undersökts. För att undersöka detta har biofilter, som delvis försetts med olika filtermaterial eller en vattenmättad zon, till dels kombinerad med en kolkälla, och utsatts för olika temperaturer och torra perioder. Biofiltren har bevattnats med dagvatten eller smältvatten. Prover har tagits på ingående och utgående vatten och föroreningskoncentrationerna har analyserats.

Trots att reduktionsförmågan av metaller var hög (>70%), vilket bekräftar att biofiltren har förmågan att effektivt rena dagvattnet, visar resultaten att de utgående metallkoncentrationerna kan variera mycket beroende på utformningen av biofilter och varierande omgivningsfaktorer. Torra perioder som är längre än 3 till 4 veckor minskar metallavskiljningen i biofilter, medan växlande temperaturer och olika filtermaterial hade mindre betydelse för metallreningen. Dock kan en vattenmättad zon i filtermaterialet minimera (Cu och Zn) eller till och med avlägsna (Pb) den negativa effekten av torka med avseende på reningsförmågan. I kombination med en kolkälla kan en vattenmättad zon öka reningseffekten för framför allt Cu (som inte är lika bra i standardutförande av biofilter) på grund av en ökad komplexbildning och partikulärt organiskt material. Sediment, metaller och partikelbundna dagvattenföroreningar hålls tillbaka redan i det översta filterlagret vilket leder till en hög metallackumulation. Detta underlättar filterunderhållet: genom att skrapa och ersätta bara det översta jordlagret kan en hög andel ackumulerade föroreningar tas bort från filtret. Således kan utbyte  av det hela filtermaterialet fördröjas.

Kvävereningen var inte lika effektiv som metallreningen. I varma temperaturer (20°C) har kväveutlakning i stället for reduktion observerats. Fosforreningen var dock hög eftersom fosfor var mestadels partikelbunden och blev därför filtrerat tillsammans med sedimentet i det översta filterlagret. I början av biofilterdriften har dock fosforurlakning från filtermaterialet observerats vilket tyder på att det inte ska innehåller höga halter av fosfor för att undvika utlakning från filtret.

Eftersom de flesta föroreningskoncentrationer i det utgående vattnet var betydligt lägre än i dagvattnet är biofilter en uthållig och tillförlitlig teknik för dagvattenrening. Beroende på olika omgivningsfaktorer samt de ekologiska förhållandena i recipienten rekommenderas dock anpassning av filterdesignen. Framtida forskning behövs för att undersöka biofiltrens reningsförmåga under vinterförhållanden och för att förbättra den varierande kvävereningen.

  KLICKA HÄR FÖR ATT SE AVHANDLINGEN I FULLTEXT. (PDF-format)