Målemetoder til små P A R T I K L E R i V E J V A N D

Transkript

1 Målemetoder til små P A R T I K L E R i V E J V A N D ved Per Bjerager, Skov & Landskab, KU-LIFE Ulrik Hindsberger, Rørcentret, TI Rørcenterdagene 8-9 juni 2011 Øvrige deltagere i projektet Partikeludskillere til regnafstrømning: Henrik Rønnest, WaterCare Stig Claussen, Rørcentret, TI Marina Bergen Jensen, Skov & Landskab, KU-LIFE

2 Metoder til test af partikeludskillere Formålet er at udvikle metoder og afprøve partikler til test af partikeludskillere til vejvand. Vurdering af testmetoderne Reproducerbarhed Præcision Test under driftslignende forhold Vurdering af testpartikler i forhold til vejvand Partikelstørrelse Massefylde Pris Bidrage til udvikling af en standardiseret procedure afprøvning og typegodkendelse af partikeludskillere til regnafstrømning

3 Volumen (%) Karakterisering af partikler i vejvand Indløb til pilotanlæg til dobbeltporøs filtrering (DPF) efter Partikelstørrelser: 0,3 til ca.100 μm sandfang og olieudskiller i Ørestad 8 Partikelstørrelsesfordeling Gennemsnitlig diameter: 6-8 μm Massefylde: 2250 kg/m 3 Koncentration: 123 mg/l +/- 43mg/L Geometri: korn og flager 7 jan-07 6 dec Partikeldiameter (µm) 0 0,

4 Faldhastigheder 1 mm 100 μm 400 mm/min Udskillelse: 1 m fald på 2,5 min Slamfang 10 μm 4 mm/min Udskillelse: 10 mm fald på på 2,5 min WaterCare udskiller 1 μm 0,04 mm/min Udskillelse: 10 mm fald på 250 min Dobbeltporøs Filtrering Beregnet med Stoke s Lov: Ladningsneutral kugle på 2250 kg/m 3 i rent vand ved 20 C Gælder for stillestående vand og ved laminar strømning (ingen turbulens)

5 Testpartikler på markedet Mikro-latex kugler (PMMA) fra Microparticles PMMA = poly methyl methacrylate, 1190 kg/m kr/kg, veldefinerede partikler, meget lille massefylde Millisil fra Quarzwerke Kvarts = Silicium dioxid = SiO2, 2650 kg/m3 30 kr/kg, bred partikelstørrelsesfordeling, stor massefylde Slibekorn fra Dragon Fly (sandpapir med veldefinerede kornstørrelser) Karborundum = Siliciumcarbid = SiC, 3210 kg/m3 400 kr/kg, smal partikelstørrelsesfordeling, meget stor massefylde Inddeling af udskillere i miljøklasser defineret ved kornstørrelse

6 Faldhastighed = Vs (mm/min) Faldhastigheder for test partikler og DPF Slibekorn Millisil DPF-anlæg ,1 0,01 F1500 DPF-18-Lag DPF-6-Lag F1000 DPF-Ind F W8 W6 Partikeldiameter (µm) Beregnede faldhastigheder for testpartikler med forskellige størrelser Slibekorn og Millisil (gns. diametre) samt for DPF: skønnede gns. diametre i indløb og udløbene fra filtrene DPF-6-Lag og DPF-18-Lag.

7 Volumen (%) 14 Partikelstørrelsesfordelinger DPF-ind, Millisil (W6 & W8), Slibekorn (F 400 & F1000) DPF-ind F400 F1000 W6 W , Partikeldiameter (µm) Millisil har en meget skæv fordeling med få partikler i intervallet 2 til 20 μm. Slibekorn har en smal normalfordelt fordeling. Slibekorn F1000 ligger tæt på gennemsnit for DPF-ind (vejvand)

8 Målemetoder til testpartikler Inddampning og vejning direkte bestemmelse af masse i vandprøve laboratorieanalyse er tidskrævende (lab) Laserdiffarktion, optisk bestemmelse af masse og partikelstørrelsesfordeling lab, felt, online Spektrofotometer indirekte optisk bestemme af masse ud fra standard lab, felt, online

9 Volumen (%) Laserdiffraktion WaterCare 1900 L udskiller, 3 L/s, Millisil W8 Indløb Udløb exp 1 Udløb exp Partikeldiameter (µm) Laseren LISST100 kan reproducere partikelstørrelsesfordelinger ved 3 L/s I indløb var koncentrationen 200 mg/l og i udløb 34 mg/l (gns. af exp 1 og 4) Koncentrationer kan måles med LISST 100 (ej vist)

10 Spektrofotometer Millisil Spektrofotometer er ikke velegnet til måling på Millisil pga. den brede og skæve partikelstørrelsesfordeling

11 turbiditet (FAU) 500 Spektrofotometer, Slibekorn Standardrække slibekorn F y = 0,9191x - 11,955 R 2 = 0, koncentration (mg/l) Høj præcision R 2 = 0,999 for op til 400 mg/l. Ved 500 mg/l (firkant) er turbiditeten relativt lav, og det kan skyldes skyggevirkning ved høj konc. (vejvand: 123 mg/l).

12 Udskillelse (%) Spektrofotometer, skillestrømning DPF-plastmoduler, udskillelse af slibekorn F1000 Skillestrømning 0,12 L/s 50 % udskillelse y = -225,95x + 75,662 R 2 = 0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Strømning (L/s) Reproducerbarhed vist med dobbeltbestemmelse af udskillelse ved1l/s. Skillestrømning bestemmes præcist (R 2 = 0,92) ved beregning ud fra regressionsligning ved 50 % udskillelse af slibekorn.

13 Konklusion målemetoder Inddampning og vejning giver en præcis bestemmelse af masse. Tidskrævende. Laserdiffraktion giver en præcis bestemmelse af partikelstørrelsesfordeling og masse. Dyr og avanceret. Spektrofotometer giver en præcis bestemmelse af masse for slibekorn F1000 på op til 400 mg/l. Billig og let at bruge.

14 Konklusion testpartikler Millisil Velegnet i kombination med laserdiffraktion til bestemmelse af diameter for 90 % udskillelse af partikler. Bred og skæv partikelstørrelsesfordeling gør det svært at sammenligne udskillelser ved forskellige strømninger. W8 har lav koncentration/præcision i det vigtige interval 2 20 μm. Kan ikke måles med spektrofotometer. Slibekorn Veldefineret kornstørrelse i kraft af en smal normalfordelt partikelstørrelsesfordeling. Udskillelse kan måles ved inddampning, laserdiffraktion og spektrofotometer. Præcis til bestemmelse af skillestrømning, hvor 50 % af slibekorn udskilles. 50 % udskillelse af slibekorn F1000 svarer i grove træk til 50 % udskillelse af partikler i vejvand (DPF indløb i Ørestad). Udvikling af testmetode, hvor en partikeludskiller karakteriseres ved skillestrømning (L/s) for en bestemt størrelse slibekorn.

15 Tak for opmærksomheden Per Bjerager Skov & Landskab Københavns Universitet