Måling med SorbiCell i vandløb og dræn

Transkript

1 Måling med SorbiCell i vandløb og dræn Hubert de Jonge, Sorbisense A/S Dette projekt er finanseret af:

2

3 Indhold Prøvetagning med SorbiCell NiP i vandløb 5 Feltprocedure 6 Prøvetagning med SorbiCell NiP i dræn 9

4

5 Prøvetagning med SorbiCell NiP i vandløb Teknisk konceptbeskrivelse. Denne nyudviklede metode for monitering af nitrat koncentration i vandløb (Figur 1) er baseret på en tidsvægtet prøvetagning med en passiv prøvetager, Sorbicell NiP. SorbiCell NiP består af en 3 ml polypropylen cylinder (Figur 2) indeholdende: a) Anion-bytte resin, specielt designet til at tilbageholde negativt ladede nitrat- og fosfat-ioner. b) Et miljøneutralt salt, der opløses proportionalt i det vand, der passerer prøvetageren og dermed virker som sporstof. c) Specielle filtre, der adskiller de forskellige sektioner. Sorbicellen bliver i en feltmontage gennemstrømmet over tid når den er udsat for hydraulisk tryk. Når sampleren efter en vis periode tages op, bliver den analyseret i laboratorium. Den mængde af nitrat, som findes adsorberet i sampleren, er udtryk for den akkumulerede mængde stof (m) i det vandvolumen, der har passeret sampleren. Svindet af sporstoffet udtrykker samtidigt den vandvolumen (v) der har passeret sampleren. Analysen giver viden om gennemsnits-koncentration m/v i den periode hvor den har været installeret i felten 2). Figur 1. Billeder af WW-50 montage med SorbiCell i vandløb. Når sampleren installeres i en WW-50 henvises til en montage hvor SorbiCell placeres i en beholder der nedsænkes under vandoverfladen (Figur 1). Beholderen har, udover åbningen i toppen til SorbiCellen, to åbninger i siden en til en luftslange samt en åbning til tømning af beholderen. En tung skive i rustfrit stål monteres på beholderens bund, og sikrer at montagen kan nedsænkes i vandet. Toplåget er desuden udstyret med huller til fastgørelse af stålwire. Figure 2. SorbiCell NiP. Øverst: patron uden gennemstrømning; nederst: patron efter gennemstrømning. Billede: fra Vendelbo et al., 2016 (1) Vandtrykket vil presse vand gennem SorbiCellen, hvorved WW50-beholderen langsomt fyldes med vand. Luftslangen sikrer, at luften i beholderen kan komme ud i takt med vandet flyder ind (Figur 1). Desuden kan luftslange udstyres med et luftventil. SorbiCeller fås i flere varianter, afhængig af hvilke stofgrupper der ønskes at måle for, samt med forskellige hydraulisk modstand, afhængig af måleperiodens længde samt måledybde. SorbiCellen sendes sammen med en analyserekvisition til laboratorium for bestemmelse af nitrat og fosfor indhold. Prøvningsresultat skal opfattes som en tidsvægtede koncentration i prøvetagningsperiode.

6 Feltprocedure 1. Mål vandløbets vanddybde; hvis vanddybden er >50cm, kan monteringsenheden placeres direkte på bunden. Hvis vandstanden er mindre end 50 cm, fjernes bundsediment til at begrave den monteringsenhed, dog skal SorbiCellen aldrig dækkes med sediment. 2. Monter luft-slange med udluftningsventil: skub først slangen i tryk-fitting, og træk derefter for en tæt forbindelse (figur 3). En ny luft-vent bruges til hver ny installation. Standarden længde for luftslange er 0,1 m. For at opnå højere prøvetagningshastigheder monteres en PE slange 6x8 mm med tilstrækkelig længde til at nå et godt stykke over vandoverfladen (Figur 2). 1 2 Figur 3. Skub luftslange i tryk-fitting, og træk derefter for en tæt forbindelse 3. Vælg Sorbicell med det korrekte type og serienummer som angivet i protokollen for prøveudtagning. Tag SorbiCellen ud af transportrøret og fjern beskyttelseshætterne fra begge ender af cellen (Figur 4). Gem beskyttelseshætterne i aluminiumsposen til senere brug. Figur 4.Tag SorbiCellen ud af transportrøret og fjern beskyttelseshætterne fra begge ender af cellen. 4. Anvend det medfølgende opfugtningskit til opfugtning af SorbiCellen. Fyld sprøjten med vand fra prøvestedet eller demineraliseret vand. Sæt den medfølgende adapter på sprøjten, og pres vandet gennem SorbiCellen (Fig. 5). Pres vand gennem cellen indtil vandet kommer ud af cellens modsatte ende og alle luftbobler er ude af cellen. Tilfør evt. mere vand og bank let på SorbiCellen for at fjerne alle luftbobler.

7 Figur 5. Opfugt SorbiCellen ved at pressevand gennem cellen med det medfølgende opfugtningskit. 5. Monter en sikkerheds snor til beskyttelseskappen og fastgør den omhyggeligt. Placer WW-50 på bunden af vandløbet. Med kort luft-ventil: Befæst sikkerhedslinen til en pæl (Figur 6) eller til fiksering punkt ved åens vandkant. Med længere luftslange: befæst slange til en monteringspæl (Figur 2) eller befæst slange til et befæstningspunkt ved vandkanten. Figure 6. placer montage på bunden af vandløbet. 6. Notér ID-nummeret for hver SorbiCelle sammen med dato, målepunkt og andet relevant information i prøvetagningsskemaet. 7. Ved måleperiodens udløb, afmonteres SorbiCellen fra montagen og beskyttelseshætterne påsættes igen. Tilse at vand er flydt gennem SorbiCellen - udvaskning af sporsaltet nederst i SorbiCellen er en god indikator herpå. Put SorbiCellen tilbage i transportrøret. Mål prøvevolumen ved at hælde vandet fra reservoir over i et målebæger, og notér volumen på prøvetagningsformularen. Skift luft-ventil og vent og montagen er klar til en ny måling.

8 Litteratur 1. Vendelboe, A.L., Rozemeijer, J., de Jonge, L.W. et al. (2016). Flow Proportional Monitoring of Drainage using a new Modified Sutro Weir (MSW) Unit. Environ Monit Assess 188: 190. doi: /s Rozemeijer, J., van der Velde, Y., de Jonge, H., van Geer, F., Broers, H. P., & Bierkens, M. (2010). Application and evaluation of a new passive sampler for measuring average solute concentrations in a catchment scale water quality monitoring study. Environmental Science & Technology, 44(4),

9 Prøvetagning med SorbiCell NiP i dræn Teknisk konceptbeskrivelse. Denne nyudviklede metode for monitering af nitrat afstrømning i markdræn er baseret på en kombination af en passiv prøvetager, Sorbicell, i kombination med en montage, hvor drænvand bliver ledt over et bestemt overfald, et såkaldt Sutro-overløb. SorbiCell NiP er en passiv vandprøvetager, der muliggør måling af tidsvægtede gennemsnitskoncentrationer af nitrat og fosfor i drænvand 1), 2). SorbiCell NiP består af en 3 ml polypropylen cylinder (Figur 1) indeholdende: a) Anion-bytte resin, specielt designet til at tilbageholde negativt ladede nitrat- og fosfat-ioner. b) Et miljøneutralt salt, der opløses proportionalt i det vand, der passerer prøvetageren og dermed virker som sporstof. c) Specielle filtre, der adskiller de forskellige sektioner. 1. Billeder af SorbiCell NiP. Øverst: patron uden gennemstrømning; nederst: patron efter gennemstrømning. Billede: fra Vendelbo et al., 2016 (3). Sorbicellen bliver i en feltmontage gennemstrømmet over tid når den er udsat for hydraulisk tryk. Når sampleren efter en vis periode tages op, bliver den analyseret i laboratorium. Den mængde af nitrat, som findes adsorberet i sampleren, er udtryk for den akkumulerede mængde stof (m) i det vandvolumen, der har passeret sampleren. Svindet af sporstoffet udtrykker samtidigt den vandvolumen (v) der har passeret sampleren. Analysen giver derfor viden om gennemsnitskoncentration m/v af nitrat i den periode hvor den har været installeret i felten 2). Når sampleren installeres i en Flowcap henvises til et overfald, som er et modificeret Sutro overfald. Det karakteristiske ved et Sutro overfald er, modsat det mere kendte V-overfald, at højde af vandsøjle i overfald, h, er lineært proportionalt med afstrømning fra markdræn. Sutro-overfaldet består af en rektangulær bund, med afstrømning Q1, og en buet del, med afstrømning Q2, over basen, og blev først beskrevet i ). Den samlede afstrømning gennem sutro-overfaldet er således Q = Q1 + Q2. Når SorbiCell er placeret horisontalt ved basen af overfaldet, er der et lineært forhold mellem Q, afstrømning fra dræn, og vandsøjletryk h på Sorbicellen. Det er på forsøgsbasis vist, at der også opnås en lineær sammenhæng mellem Q, afstrømning fra dræn, og v, prøvevolumen igennem SorbiCellen 3). Hermed opnås, efter kalibrering af den hydrauliske cellemodstand, et direkte udtryk for den akkumulerede mængde af NO3-N fra markdræn M, på basis af den akkumulerede mængde af

10 NO3-N på Sorbicellen, m. En forudsætning for at metoden kan anvendes er, at der er frit fald for enden af drænudløb, dvs. metoden er ikke egnet til dykkede rør. Figur 2. Skitse af Sutro overfald placeret ved drænudløb med placering af Sorbicells på niveau med basen af overløb. Litteratur 1. de Jonge, H., & Rothenberg, G. (2005). New device and method for flux-proportional sampling of mobile solutes in soil and groundwater. Environmental Science & Technology, 39(1), , doi:doi /es049698x. 2. Rozemeijer, J., van der Velde, Y., de Jonge, H., van Geer, F., Broers, H. P., & Bierkens, M. (2010a). Application and evaluation of a new passive sampler for measuring average solute concentrations in a catchment scale water quality monitoring study. Environmental Science & Technology, 44(4), Vendelboe, A.L., Rozemeijer, J., de Jonge, L.W. et al. (2016). Flow Proportional Monitoring of Drainage using a new Modified Sutro Weir (MSW) Unit. Environ Monit Assess 188: 190. doi: /s Pratt, E. A. (1914). Another Proportional-Flow Weir; Sutro Weir. Engineering News, 72(9),