Fremtidens klimarobuste by 11.-12. november 2014 Anvendelse af vejvand - Karakterisering, modellering og laboratorietest Partnere: By & Havn Københavns Kommune HOFOR Grontmij DHI, Kontakt: Bodil Mose Pedersen
Nordhavn Det indre by i København
Nordhavn
Formål By og Havn: Udvikling af en bæredygtig og miljøvenlig bydel i København Foranstaltninger der kan spare grundvand Online måling af drikkevandskvalitet Håndtering af forurenet vejvand Anvendelse af vejvand Overholdelse af miljøkvalitetskrav i vandområder, som modtager vejvand Rekreativ anvendelse i parker m.m. Opgradering af vandkvalitet og anvendelse som sekundær vandforsyning
Projekt aktiviteter Karakterisering af vejvand Modellering of vejvand Laboratorietest af vandrensningsteknologier, der kan opgradere vejvand Udvikling af rensekoncept, der sikrer opgradering af vandkvaliteten, så vejvand kan udledes til vandområder eller anvendes til sekundære vandforsyningsformål
Teknologikoncept til rensning af vejvand
Karakterisering af vejvand <300 køretøjer /dag 14.000 køretøjer /dag Udledning til marint vandområde Rekreativ anvendelse (udledning til ferskvandsområder) Prøvetagning i forbindelse med nedbørshændelser Stikprøvetagning Flowproportional prøvetagning Opsamling af vejvand til laboratorietest
Parameter Enhed Interval Marint vand Ferskvand SS mg/l 790-960 25 BOD mg/l 2,0-13 15 3 COD mg/l 270-320 75 Total-P mg/l 0,85 1,5 0,06 Total-N mg/l 1,5-6,1 8 Kobber µg/l 32-130 Kobber filtreret µg/l 2,9-7,9 1 (2,9) 1 (12) Zink µg/l 110-580 Zink filtreret µg/l <5,0-19 7,8 7,8 DEHP µg/l 0,35-3,4 1,3 1,3 Bisphenol A µg/l 0,21-0,36 0,01 0.1 Acenaphthen µg/l <0,05-0,012 0,38 3,8 Fluoren µg/l <0,05 0,23 2,3 Phenanthren µg/l 0,083-0,2 1,3 1,3 Fluoranthen µg/l 0,26-1,2 0,1 0,1 Pyren µg/l 0,22-0,9 0,0017 0,0046 Benzo(b,j,k)fluoranthen µg/l 0,055-0,84 0,03 0,03 Benzo(a)pyren µg/l 0,028-0,32 0,05 0,05 Indeno(1,2,3-cd)pyren µg/l 0,023-0,3 Benzo(g,h,i)perylen µg/l 0,026-0,37 0,002 0,002
Udledning og rekreativ anvendelse Kritiske parametre Suspenderet stof, BOD, COD, Total-P, kobber (filtreret), zink (filtreret), DEHP, Bisphenol A og PAH (5) Ikke-kritiske parametre Total-N, bly, olie, NP and NPE and PFOS/PFOA (flourerede stoffer),
Forudsætninger for renseteknologierne Vejvand fra Sundkrogsgade er dagligt i gennemsnit over året belastet med 14.000 køretøjer Det er nødvendigt med kompakte rensefaciliteter, der let kan integreres I bymiljøet uden at forstyrre trafikken Kapaciteten skal være tilstrækkelig til at sikre mindre end 10 overløb pr. år Høj hydraulisk kapacitet skal muliggøre rensning også i tilfælde af intensiv regn Effektiv fjernelse af partikler Den hydrauliske kapacitet skal svare til overfladeafstrømning fra 1 red. ha (4,600 m 3 /år) Anlægs- og driftsomkostninger skal være lave Ingen tilsætning af kemikalier (fældningskemikalier)
Modellering af vejvand in Århusgadeområdet Total: ca. 33.800 m³/år Største afstrømning i august Vejvand udgør ca. 20% af den samlede overfladeafstrømning Renseanlæg skal håndtere ca. 7.800 m³/år eller ca. 4.600 m³/ha år
Hydrauliske betingelser og driftsbetingelser for renseanlæg Nedbørsmålinger opsamlet fra en måler placeret tæt ved Nordhavn 5½ års målinger Modellering af afstrømning fra 1 ha reduceret vejareal MOUSE model anvendt til at beregne tidsserier af afstrømning Tidsserier anvendt til at beregne kombinationer af: Tankvoluminer (25, 50, 75, 100, 125, 150, 200 m³) Sedimentationstider (3, 6, 9, 12, 18, 24 timer) Kapacitet af renseanlæg (1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 l/s ha) Output data:
Output data Total volumen af vejvand (m³/år) Volumen af overfladeafstrømning behandlet i anlægget (m³/år og procent af total afstrømning) Volumen af overløb (m³/år) Overløbsvolumen (procent of total overfladeafstrømning ) Antal af overløbs hændelser (antal/år) Antal og størrelse af regnhændelser (antal/år)
Modelbetingelser Initial tab defineres som 0.6 mm og koncentrationstid 1 minut En afløbshændelse begynder når regnvandet løber ind i sedimentationstanken og stopper når der ikke længere tilføres vand til sedimentationstanken Renseanlægget starter når regnhændelsen er ophørt og anlægget har kørt et forud fastlagt tidsinterval svarende til sedimentationstiden. Driftsperioden slutter når en ny regnhændelse begynder. Den korteste periode mellem to rensehændelser er sat til 3 timer.
Hydrauliske betingelser Beregning af minimum tank volumen der er nødvendigt for at sikre maksimalt 10 overløbshændelser pr. år Eksemplet viser sedimentationstid på 12 timer og rensekapacitet på 5 l/s ha
Hydrauliske betingelser Minimum tankstørrelse vokser lineært svarende til varighed af sedimentation og stiger gradvist i forhold til behandlingskapaciteten i intervallet 1-5 l/s ha Minimum tankstørrelse vokser fra 110 til 180 m³ når varigheden af sedimentationen vokser fra 3 til 24 timer og behandlingskapaciteten er større end 5 l/s ha Overløbsvolumet afhænger af sedimentationstiden når behandlingskapaciteten er større end 5 l/s ha for et givent tankvolumen Slamvolumet skal ved design inkluderes i tankstørrelsen Som sikkerhed er anlægsstørrelsen sat til 7.5 l/s ha
Karakterisering af partikler i vejvand
Tre timers sedimentation af vejvand Partikelreduktionen er ca. 100 % for partikler mellem 7 og 20µm Partikelreduktionen bliver gradvist mindre for partikler mindre end 7µm 3 timers sedimentation giver 90 % reduktion of partikelvolumen
Test af High-Flow keramiske membranfiltre 1µm SiC membran fra Liqtech International A/S
Parameter Enhe d Sundkrogsgade Supernatant Sundkrogsgade Mikrofiltreret supernatant Marine MKK Ferskvands MMK SS mg/l 88-25 COD mg/l 91 39 75 1) BOD mg/l 9.1 1.6 15 1) 3 Total-N mg/l 4.4 3.8 8 1) Total-P mg/l 0.19 0.014 1.5 1) 0.06 Kobber Total µg/l 23 11 Kobber opløst µg/l 7.9 9.6 1 (2.9) 2) 1 (12) 2) Zink Total µg/l 77 34 Zink Opløst µg/l <5 34 7.8 2) 7.8 2) Bisphenol A µg/l 0.19 0.28 0.01 0.1 Acenaphthen µg/l <0.01 <0.01 0.38 3.8 Fluoren µg/l <0.01 <0.01 0.23 2.3 Phenanthren µg/l 0.027 <0.01 1.3 1.3 Fluoranthen µg/l 0.17 <0.01 0.1 0.1 Pyren µg/l 0.12 <0.01 0.0017 0.0046 Benzo(b,j,k)fluoranthen µg/l 0.098 <0.01 0.03 3) 0.03 Benzo(a)pyren µg/l 0.035 <0.01 0.05 0.05 Indeno(1,2,3-cd)pyren µg/l 0.029 <0.01 0.002 4) Benzo(g,h,i)perylen µg/l 0.038 <0.01 0.03 3) 0.002 4)
Resultater fra test of keramiske filtre Mikrofiltrering gennem 1µm SiC-membran fjerner alle partikler fra vejvand Ved at fjerne partikler fjernes også mange miljøkritiske stoffer Kun koncentrationer af kobber, zink og bisphenol A kan være kritiske i forhold til udledning til marine vandområder Supplerende rensning kan være nødvendig hvis fortynding ikke er tilstrækkelig i udledningspunktet.
Test af aktiv kulfiltrering Forventet fuldskala anlæg (7.5 l/s ha) Filtrering 12 m³/m² h Overfladeareal 2,3 m² Søjlehøjde 6 m (2 stk á 3 m ) Volume 13,8 m³ Kul type: Filtrasorb F400 Kornstørrelse 1,0 mm Basis for laboratorietest har været skalering af 3 meter fuldskala filter. Dimensions of laboratoriefilter: Filtrering 0,8 m³/m² h (7 ml/min) Surface area 0,0005 m² Søjlehøjde 4 cm søjlevolumen 19 ml kul type: Filtrasorb F400 kornstørrelse 0,2 mm
Parameter Unit Mikrofiltreret supernatant AC (10.5 mdr. Fuldskala) AC (19.2 mdr. Fuldskala) AC (28.2 mdr. fuldskala) AC (36 month fuldskala) COD mg/l 39 11 9.2 13 17 BOD mg/l 1.6 0.84 0.84 0.86 1 Total-N mg/l 3.8 3.3 3.4 3.7 3.6 Total-P mg/l 0.014 0.015 0.015 0.012 0.013 Bly opløst µg/l <0.5 <0.5 0.6 0.6 0.6 Kobber opløst µg/l 9.6 <1 <1 <1 <1 Zink opløst µg/l 34 24 23 29 29 Bisphenol A µg/l 0.28 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
Test af aktiv kulfiltrering Koncentrationer af kobber og bisphenol A reduceres til under detektionsgrænsen (drift i laboratorieskala svarer til 36 måneders drift i fuldskala Koncentration af zink ændres ikke Kapaciteten til fjernelse at organisk stof begynder at falde efter 1½ års drift Fjernelse af bisphenol A forbliver uændret Aktivt kul synes anvendelig hvis fortynding og baggrundskoncentration (zink) i vandområdet tillader udledning
Laboratorietest af renseteknologier Renseteknologi Kapacitet Reduktion Sedimentation 150 m 3, sedimentationstid 90 % partikelreduktion 11 timer Mikrofiltrering 7.5 l/s ha BOD, COD 55-80% reduktion NPE, phthalater, PAH reduktion under detektionsgrænsen Aktivt kul 7.5 l/s ha Bisphenol A under detektionsgrænsen. Opløst bly og kobber under detektionsgrænsen
Designkriterier for vejvandsrensning Renseteknologi Kapacitet Drifts omkostninger DKK/år Anlægsomkostninger mio. DKK Kritiske parametre sammenlignet med EU- og danske miljøkvalitetskrav Sedimentationstank 150 m 3 180.000 0,5-1 Mikrofiltrering 7.5 l/s ha 74,000-116.000 1,4 Suspenderet stof, COD, Total- P, bly, kobber, zink, bisphenol A, 4 PAH Opløst kobber, and zink, bisphenol A Aktivt kul 7.5 l/s ha 45.000-48.000 1,45 Opløst zinc
Rapport Nyttiggørelse af vejvand - Karakterisering, modellering og laboratorietest Offentliggjort: http://www.vandibyer.dk/ bop@dhigroup.com Mange tak