Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2 s udledning

Transkript

1 Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2 s udledning Odsherred Spildevand A/S Slutrapport Januar 2015

2 Dette rapport er udarbejdet under DHI s ledelsessystem, som er certificeret af DNV for overensstemmelse med ISO 9001for kvalitetsledelse. Tengslemark2 Beregning af blandingszoner

3 Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2 s udledning Januar 2015 Udarbejdet for Repræsenteret ved Odsherred Spildevand A/S Sascha Boserup Projektleder Flemming Møhlenberg Projektnummer Godkendelsesdato Revision Klassifikation Draft2 Begrænset DHI. Alle rettigheder forbeholdt DHI. Ingen dele af dette dokument må uden forudgående skriftlig tilladelse fra DHI reproduceres, transmitteres eller på anden måde formidles i nogen form eller på nogen måde uden for modtagerens organisation. DHI Agern Alle Hørsholm Telefon: Telefax: dhi@dhigroup.com

4

5 INDHOLDSFORTEGNELSE 1 Baggrund Undersøgelsens indhold og omfang Metode Resultater Sammenfatning og konklusion... 6 Bilag A Udløbskoncentrationer for 32 stoffer fra danske rensningsanlæg i 2012 og beregnede fortyndingsfaktorer for at overholde miljøkvalitetsstandarder for overfladevand Bilag B Fortyndingsforhold ved udløb fra planlagt Tengslemark-2 rensningsanlæg ved anvendelse af én og 2 portåbninger (diffusorer) i

6 ii Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2 DHI

7 1 Baggrund I forbindelse med revision af spildevandsplaner ønsker Odsherred Forsyning A/S at etablere et nyt renseanlæg ved Tengslemark med udløb i Kattegat. Af hensyn til vandmiljøet skal det sikres, at gældende vandmiljøkvalitetskrav for de forskellige forurenende stoffer i spildevandet kan overholdes på randen af en blandingszone i umiddelbar nærhed af udledningspunktet 1. Det er på den baggrund, EnviDan A/S på vegne af Odsherred Forsyning A/S har bedt DHI om en overslagsmæssig beregning af fortyndingsforholdende ved udledningspunktet i Kattegat. 1 Miljøministeriet. Bekendtgørelse om miljøkvalitetskrav for vandområder og krav til udledning af forurenende stoffer til vandløb, søer eller havet. BEK nr af 25/08/

8 2 Undersøgelsens indhold og omfang Undersøgelsens indhold og omfang er efter aftale med Lise Karstenskov Hughes, EnviDan A/S udmøntet i 5 punkter: Beregning af fortyndingen ved udløbet fra havledningen vha. værktøjet der ligger bag Fortynding langs danske kyster 2 Fortynding beregnes initialt ud fra 1-2 diffusorporte og hvis resultaterne forekommer kritiske gennemføres yderligere beregninger med 4 diffusorporte. Beregning af blandingszoner, afpasset efter koncentrationer af forurenende stoffer i spildevand, der kan opnås ved anvendelse af bedste tilgængelige teknikker. Der anvendes erfaringstal fra rapporten Nøgletal 3 suppleret med reviderede/opdaterede data for forurenende stoffer i spildevand 4, indgår som datagrundlag for beregning af blandingszonerne. Lokalisering og udbredelsen af blandingszoner anføres på kort. Anvendt metode, resultater og konklusion afrapporteres i et kort notat Omkring beregningsværktøjet skal anføres at der er tale om et screeningsværktøj der kan vurdere generelle fortyndingsforhold langs danske kyster. Værktøjet bør ikke anvendes til detaljeret design af udløbslængde, men det kan bruges til en overordnet vurdering af fortyndingsforholdene i udledningsområdet, herunder også effekten mellem at benytte forskellige diffusor-arrangementer. Såfremt fortyndingsforholdene vurderes at være kritiske i forhold til kravene omkring vandkvalitet bør der udføres mere detaljerede beregninger af de lokale strøm- og dermed fortyndingsforhold. Baseret på eksisterende viden om indhold af miljøfarlige stoffer i udledning fra avancerede rensningsanlæg 3 tyder alt på at fortyndingsforholdene ikke er kritiske. Da beregningerne gennemføres for varierende strømforhold over et typisk år behandles resultaterne statistisk og afstanden fra udledningspunkt til kanten af blandingszonen vil så svare til f.eks. 5 % fraktilen for overskridelse, dvs. i 95 % af tiden vil kravet til vandkvaliteten være opfyldt i den pågældende afstand. EnviDan A/S har leveret information med koordinater for afløbsledningen, maks. flow (l/s) samt dimension af havledning som det fremgår af tabel 2-1, tabel 2-2 og tabel 2-3. Udløbs portåbninger er sat til 0,3 m. Tabel 2-1 Én udløbsport Placering X-koordinat Y-koordinat Vanddybde Vanddybde m m m havbund diffusor , ,64 8,1 7,9 425 Udløb l/s Naturstyrelsen/Miljøstyrelsen Nøgletal for miljøfarlige stoffer i spildevand fra rensningsanlæg på baggrund af data fra det nationale overvågningsprogram for punktkilder Naturstyrelsen Punktkilderapport 2011; Naturstyrelsen Punktkilderapport Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2

9 Tabel 2-2 To udløbsporte Placering m X-koordinat m Y-koordinat m Vanddybde havbund Vanddybde diffusor Udløb l/s , ,64 8,1 7,9 212, , ,39 8,8 8,6 212,5 Tabel 2-3 Fire udløbsporte Placering m X-koordinat m Y-koordinat m Vanddybde havbund Vanddybde diffusor Udløb l/s , ,64 8,1 7,9 106,25 223, , ,93 8,4 8,2 106,25 236, , ,03 8,8 8,6 106, , ,14 9,1 8,9 106,25 3 Metode Overslagsberegningerne over fortyndingsfaktoren er baseret på et webbaseret værktøj udviklet af DHI til Miljøstyrelsen. En mere detaljeret beskrivelse kan findes i et forudsætningsnotat på hjemmesiden Fortyndingen af udledninger er helt afhængig af lokale strøm- og vanddybdeforhold. I forbindelse med ovennævnte værktøj har DHI således etableret en database med 1-års strøm og vandstandsforhold dækkende danske kyster gennem Beregningerne er etableret via en MIKE 21 model, der dækker de åbne danske kyststrækninger samt udvalgte fjorde. Modellen benytter en opløsning på m langs de åbne danske kyster. Det skal anføres at 2005 karakteriseres som et typisk år, hvad angår strømforhold langs de danske kyster. Fortyndingsberegningerne er baseret på relativt enkle empiriske beskrivelser af sammenhængen mellem strømforhold og tilhørende lokale spredningsforhold og omfatter derfor ikke fuldt dynamiske spredningsberegninger. Beregningerne bygger på en initialfortyndings beregning ud fra principperne i CORMIX ( der angiver overfladefortyndingen uden påvirkning fra strøm. Den videre fortynding i overfladefanen bygger på resultaterne angivet i (Petersen & Larsen 1990) 5. Beregningerne er foretaget hver 3. time gennem I fortyndingsberegningerne antages, at de udledte stoffer opfører sig konservativt, dvs. de føres passivt med strømmen, og ikke indgår i biologiske kredsløb så som optag i alger og efterfølgende sedimentation. Såfremt man benytter det webbaserede værktøj vises resultaterne af beregningerne grafisk og omfatter fraktiler for fortyndingsgraden i afstande af op til 500 m fra udledningspunktet. Såfremt brugeren har specificeret en 5 % fraktil, betyder dette, at i 5 % af tiden vil fortyndingen være mindre end eller lig med den beregnede værdi. 5 Petersen O & Larsen T (1990). Fortynding af lette overfladefaner. Proceedings of Int. Conf. on Physical Modelling of Transport and Dispersion, Boston USA, ed. / Adams, E.E. : Hecker, G.E

10 I forbindelse med den påtænkte havledning fra Odsherred Forsyning A/S har DHI dog etableret en dedikeret løsning, der viser fortyndingsforholdene og koncentrationer ud til en vilkårlig afstand. Den fortyndingsgrad som er nødvendig for ikke at overskride gældende miljøkvalitetskriterier 6 i havvand beregnes ud fra forholdet mellem koncentrationen af et givet stof i udløbsvandet og miljøkvalitetskriteriet for dette stof. Sammenligning af udløbskoncentrationer fra rensningsanlæg viser at mediankoncentrationerne (på tværs af rensningsanlæg) generelt har været svagt faldende siden 2002, men parallelt med denne udvikling er antallet af forurenende stoffer som kan analyseres kvantitativt øget ligesom der i samme periode er sket en øgning i antallet af stoffer, hvor der er fastsat miljøkvalitetskriterier. Den nødvendige fortyndingsgrad og størrelsen af blandingszonen ved en given udledning er derfor dynamiske størrelser, som påvirkes af (faldende) udløbskoncentrationer og fremkomst af ny viden, fx nye stoffers miljøpåvirkning og fastsættelse af miljøkvalitetskriterier. Beregning af den nødvendige fortyndingsgrad er baseret på udløbskoncentrationer fra 31 spildevandsanlæg målt i 2011 og Disse repræsenterer ca. 30 % af den samlede spildevandsmængde fra rensningsanlæg. Der er primært anvendt tal fra 2012 pga. en større repræsentativitet i form af flere gennemførte analyser. I øvrigt er der ikke større forskel i hverken middelværdier og medianværdier for forureninger målt i 2011 og Men sammenlignet med den tidligere Nøgletalsrapport 3, så er repræsentativiteten af miljøfremmede (organiske) stoffer betydeligt større i rapporterne dækkende I Bilag A er vist en oversigt af udløbskoncentrationer (middel, median, max., min.) for 2012, tilhørende miljøkvalitetskriterier samt beregnede fortyndingsfaktorer som er nødvendige for overholdelse af miljøkvalitetskriterierne. Der beregnes nødvendige fortyndingsfaktorer for 2 udvalgte stoffer (Bisphenol A og Nikkel, som kræver de højeste fortyndingsfaktorer i både 2011 og 2012 for at overholde miljøkvalitets-standarderne for overfladevand; se tabel 3-1 og Bilag A. Tabel 3-1 Middel- og mediankoncentrationer af Bisphenol A og Nikkel i udløb fra danske rensningsanlæg 7 Middel (µg/l) Median (µg/l) Bisphenol A 0,48 0,14 Nikkel 4,42 2,6 Fortyndingsfaktorerne beregnes på basis af middelkoncentrationer samt mediankoncentrationer, hvor den lavere mediankoncentration formodes at være mest repræsentativ for et nyt Tengslemark-2 rensningsanlæg, mens middelkoncentrationen typisk vil være sammenfaldende med 65 % percentilen 3. I gennemsnit er middelkoncentrationerne 2 gange højere end mediankoncentrationer og for adskillige stoffer (ca. 15 %) er middelkoncentrationen mere end en faktor 10 større end middelkoncentrationen, bl.a. fordi lavteknologiske mekaniske renseanlæg (der også indgår i punktkildeopgørelserne) har mindre renseeffektivitet end nyere renseanlæg med mere avancerede rensemetoder 4. 6 Bekendtgørelse 1022 af 25/08/2010 (bekendtgørelsens 4 definerer et miljøkvalitetskriterium som det højeste koncentrationsniveau, ved hvilket det skønnes, at der ikke vil forekomme uacceptable negative effekter på vandøkosystemer) 7 Naturstyrelsen Punktkilderapport Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2

11 4 Resultater På baggrund af de maksimalt tilladelige koncentrationer i recipienten kan man beregne de nødvendige fortyndingsfaktorer for at miljøkvalitetskriterierne ikke overskrides for de mest kritiske stoffer, Bisphenol A og Nikkel (Tabel 4-1, se Bilag A). Tabel 4-1 Middel og median udløbskoncentrationer af Bisphenol A og nikkel fra rensningsanlæg, miljøkvalitetskriterier og beregnede fortyndingsfaktorer baseret på middel- og mediankoncentrationer. Middel (µg/l) Median (µg/l) Maksimal tilladte koncentration i havet (µg/l) Fortyndingsfaktor Middel Median Bisphenol A 0,48 0,14 0, Nikkel 4,42 2,6 0, I Figur 4-1 er vist den beregnede fortyndingsfaktor i en given afstand svarende til 5 % fraktilen. Beregningen er gennemført med én (tabel 2-1) og to (tabel 2-2) diffusorer. Figur 4-1 Udledning med to porte. Beregnet mindste fortyndingsfaktor svarende til 5 % fraktilen. Den røde pil angiver udledningspunktet nærmest stranden. Den røde oval indikerer den omtrentlige blandingszone. 5

12 Figur 4-2 Strømrose baseret på beregnede strømforhold ud fra kysten (i 40 % af tiden er strømhastigheden under 3 cm/s). Som det fremgår af figur 4-1 opnås en fortynding på 50 meget tæt på udledningspunktet, dvs. indenfor en afstand af m. Det skal videre nævnes, at ved lave strømhastigheder, som der er tale om her (se figur 4-2), vil overslagsberegningerne underestimere spredningen, idet overfladefanen da vil spredes radiært omkring udledningspunktet. De beregnede værdier kan derfor være noget konservative. Da fortyndingsforholdene ikke vurderes at være kritiske lave blev der yderligere beregnet med én portåbning (tabel 2-1). Fortyndingsforholdene er i praksis ens med anvendelse én eller to portåbninger og i gennemsnit øges den beregnede fortynding (kun) med 0,1-0,2 % når man går fra én til to portåbninger (se Bilag B). 5 Sammenfatning og konklusion Fortyndingsforhold ved det planlagte udledningspunkt af spildevand fra Tengslemark-2 rensningsanlæg er beregnet med et webbaseret screeningværktøj udviklet af DHI til Miljøstyrelsen. Beregningerne viser at ved der ved anvendelse af 2 portåbninger (diffusorer) opnås en fortynding på 50 gange i 95 % af tiden i en afstand fra 10 m til 50 m fra udledningspunktet. Der er identificeret 2 stoffer (Bisphenol A og Nikkel) i udledninger fra danske rensningsanlæg - der i forhold til miljøkvalitetsstandarderne forekommer i høje koncentrationer og som kræver den største fortynding blandt alle indholdsstoffer. Mest sandsynligt vil der være behov for en fortynding af spildevandet på 12 til 14 gange for ikke at overskride miljøkvalitetsstandarderne. Hvis man antager et væsentligt højere indhold af Bisphenol A (svarende til middelkoncentrationen i udløb fra danske effektive og ældre mindre effektive - rensningsanlæg) vil det være nødvendigt med en fortynding af spildevandet på 48 gange. Dette anses dog for usandsynligt fordi rensningsanlægget antages at anvende moderne og avancerede rensemetoder. Det konkluderes, at - fortyndingsforholdene i praksis er ens ved anvendelse af én og to portåbninger (diffusorer) 6 Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2

13 - anvendelse af én portåbning (diffusor) placeret i en afstand af 210 m fra kystlinjen er tilstrækkelig for at opnå den nødvendige fortynding (ca. 50 gange) indenfor en afstand på mellem 10 og 50 m fra udledningspunktet. - selv under antagelse af mindre effektiv rensning vil miljøkvalitetskriterierne ikke overskrides udenfor en afstand på 50 m fra udledningspunktet i 95 % af tiden - på baggrund af en forventet effektiv rensning af spildevand er det sandsynligt at blandingszonen ikke vil overstige ± 25 m fra udledningspunktet. 7

14 - 8 Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2

15 Bilag A Udløbskoncentrationer (middel, median, max., min. 5 % og 95 % fraktiler) fra 31 rensningsanlæg, antal analyser gennemført i 2012, tilhørende miljøkvalitetskriterier samt beregnede fortyndingsfaktorer som er nødvendige for overholdelse af miljøkvalitetskriterierne. Nikkel og Bisphenol A er de 2 stoffer som kræver de største fortyndingsfaktorer for spildevandet. Der er kun medtaget stoffer hvor der både foreligger et rimeligt antal målinger (Statistik tillader beregning af gennemsnit) og samtidigt findes miljøkvalitetskriterier. Middel Median Maks Min Antal Analyser 5 % fraktil 95 % fraktil Marin MKK Fortyndingsfaktor Stofparameter µg/l analyser > DG µg/l µg/l Middel Median Metaller Arsen 1,21 1,1 3,8 <0, ,4 2,8 0,11 11,00 10,00 Barium 32, < ,3 5,8 5,67 3,62 Bly 1,06 0,5 10 <0, ,14 0,34 3,12 1,47 Bor ,07 2,13 Cadmium 0,02 0 0,26 <0, ,14 0,2 0,10 Chrom 0,57 0 4,1 <0, ,91 3,4 0,17 Kobber 8,37 2,25 65 < ,5 39,2 1 8,37 2,25 Kviksølv 0,05 0 1,1 <0, ,12 0,28 0,18 Molybdæn 2,04 1,35 19 < ,5 4,5 6,7 0,30 0,20 Nikkel 4,42 2,8 29 < ,5 10,55 0,23 19,22 12,17 Vanadium 0,56 0 2,5 < ,03 4,1 0,14 Zink 45, < ,3 111,5 7,8 5,81 3,85 Aromatiske kulbrinter Xylen 0,02 0 0,23 <0, ,11 1 0,02 Naphthalen 0,02 0 0,31 <0, ,07 1,2 0,02 Toluen 1,55 0,03 38 <0, ,01 4,4 7,4 0,21 0,004 Trimethylnaphthalen 0,01 0 0,28 <0, ,03 0,12 0,08 p-xylen, m-xylen 0,01 0 0,18 <0, ,07 1 0,01 Phenoler Bisphenol A 0,48 0,14 3,6 <0, ,01 2,31 0,01 48,00 14,00 Nonylphenoler sum 0,48 0,17 3,7 <0, ,03 2,44 0,3 1,60 0,57 Phenol 7,46 0, <0, ,05 16,8 0,77 9,69 0,29 Halogenerede alifatiske kulbrinter Tetrachlorethylen 0,75 0,06 0,23 <0, ,01 0, ,08 0,01 Trichlormethan - chloroform 0,15 0,04 1,2 <0, ,01 0,52 2,5 0,06 0,02 PAH-forbindelser Benzo(b+j+k)fluoranthener 0, ,05 <0, ,02 0,03 0,10 Phenanthren 0, ,061 <0, ,03 1,3 0,004 Pyren 0, ,038 <0, ,016 0,0017 1,76 Fosfor-triestere Tri-n-butylphosphat 0,06 0,04 0,4 <0, ,01 0,2 8,2 0,01 0,005 TCPP 1,13 1 3,1 <0, ,53 2, ,02 0,02 Triphenylphosphat 0,04 0,03 0,11 <0, ,01 0,08 0,074 0,54 0,41 Blødgørere DEHP 2,92 0,93 13 <0, ,05 9,95 1,3 2,25 0,72 Diethylphthalat(DEP) 0,25 0 1,6 <0,1-0, ,3 0,23 1,09 Detergenter Alkylbenzensulfonat(LAS) 369, < , ,84 0,35 Humane antibiotika Trimethoprim 0,04 0,03 0,25 <0, ,003 0, ,004 0,003 9

16 Bilag B Fortyndingsforhold ved udløb fra det planlagte Tengslemark2 rensningsanlæg med anvendelse af én portåbning (øverst) og 2 portåbninger (nederst). 10 Beregning af blandingszoner ved Tengslemark 2