Viden om forureningsbelastningen fra overløbsbygværker og interne overløb på renseanlæg IDA Miljø-møde Forurening fra overløbsbygværker Asbjørn Haaning Nielsen, Lektor, PhD, Institut for Byggeri og Anlæg, Aalborg universitet
2 Dansk spildevandsinfrastruktur Nøgletal Naturstyrelsen (2015). Punktkilder 2013
3 Overløbsbygværk Funktion Skal træde i funktion ved en fastsat vandføring/ opspædningsgrad Skal i videst muligt omfang videreføre suspenderet stof Bør være selvrensende
4 Overløbsbygværk Opblanding Opspædningsgrad, m Q m tot Q Q spv spv Q tot er samlet vandføring under hændelsen Q spv er tørvejrsvandføringen m s er opspædningsgrad når overløbet træder i funktion Typisk værdi for et velfungerende bygværk >10
5 Bassiner Fælleskloak & renseanlæg In-line bassiner Rørbassin der også gennemstrømmes under tørvejr Off-line bassiner Kan fange et evt. first flush Sediment i in-line bassin! Off-line regnvandsbassin fra Aalborg Renseanlæg Øst
6 Variation under og mellem hændelser Organisk stof (COD) målinger i overvand fra et fælleskloakeret opland Forskellig stoftransport ca. samme nedbør Betydelig variation af stoftransport både under og mellem hændelser
7 Variation under hændelser First flush: Hovedparten af stof transporteres med den første del af nedbørsafstrømningen Væsentligste årsag: Der er i et afløbssystem en given sedimentmængde. Denne transporteres med den første del af nedbøren.
8 Hændelsesmiddelkoncentration (HMK) På trods af den betydelige variation under hændelser, karakteriseres stofkoncentrationen typisk ved en middelkoncentration for hele hændelsen (HMK) HMK i j 1 i v j 1 j v c j j
9 Variation mellem stationer Stationsmiddel koncentrationen (SMK): Median (50% fraktil) af registrerede stofkoncentrationer for den pågældende station Eksempel SMK for site 4 = 190 gcod/m 3
10 Belastningstyper ved overløb Belastning Eksempler Iltforbrugende stoffer Iltsvind relateret til letomsætteligt organisk materiale, ammoniak (NH 3 ) og svovlbrinte (H 2 S) Toksiske (giftige) stoffer Gigtvirkning ved ammoniak (NH 3 ) Effekter af tungmetaller Effekter af organiske mikroforureninger Mikroplast, mikrogummi? Næringssalte Eutrofiering pga af næringssaltene N og P Patogene mikroorganismer og vira Partikulært materiale (ristegods) Hygiejniske effekter badevand Æstetiske effekter
11 Typiske stofkoncentrationer (SMK) Stof Overløbsvand = 3+1 til 20+1 Overvand fra fællessystemer* Byspildevand** Regnvand fra separatsystemer SS (mg/l) 100-200 300 30-100 COD (mg/l) 120 530 40-60 BOD 5 (mg/l) 25 290 5 Total N (mg/l) 10 50 2 Total P (mg/l) 2.5 10 0.5 Pb ( g/l) 100-150 65 50-150 Zn ( g/l) 300-500 200 300-500 Cd ( g/l) 1-1.5 2 0.5-3 Cu ( g/l) 30-40 70 5-40 E. coli (100 ml -1 ) 10 7-10 8 10 8 10 3-10 4 * Fra systemer uden væsentlige sedimentationsproblemer ** Moderat spildevandstype fra Henze et al. (2006)
12 Iltforbrug Umiddelbart og forsinket Data fra Lindholm å ved Aalborg Hændelse juni måned (16 mm regndybde). Både forsinket og umiddelbart iltforbrug
13 Iltforbrug Variation under hændelser Variation i organisk stofkoncentration i overvand fra afløbssystem med dårlig selvrensning
14 Akut toksiske stoffer Ammoniak Ammoniak (NH 3 ) er giftigt for vandlevende organismer i meget lave koncentrationer Fisk udskiller NH 3 fra nedbrydning af protein over gællerne LC 50 for laksefisk: 0.008 mg NH 3 -N/L (24 timer) 0.5 mg NH 3 -N/L (< 10 min) NH 3 + NH 4 + konc. i spildevand er typisk 20-50 mg N/L NH 3
15 Akut toksiske stoffer Ammoniak Giftighed afhænger kemisk ligevægt mellem NH + 4 og NH 3 Eksempel: Ved ph 8.5 svarer 0.5 mg NH 3 -N/L til en total konc. (NH 3 +NH 4+ ) på 4.5 mg N/L Ved en 1:5 opspædningsgrad (minimum) og 5-10 gange fortynding i recipient er NH 3 næppe et problem!
16 Toksiske stoffer Tungmetaller Typiske koncentrationer: Zn > Cu > Cr Ni > Cd > Hg Toksiske effekt forskellig for de enkelte metaller Biotilgængelighed og toxicitet er generelt størst for opløste former Spildevand indeholder stoffer der kan danne komplekser med tungmetaller, hvilket nedsætter toxiciteten
17 Tungmetaller Særligt problematiske Særligt Cu & Zn vurderes at være problematiske ift recipientkvalitetskrav (BEK nr 1022 af 25/08/2010) Både ved udledning til marine områder og ferskvand Generelt ved vi kun lidt om tungmetallers speciering (opløst, udfældet, associeret med organisk stof, mm)
18 Organiske mikroforureninger - Toksiske effekter De organiske mikroforureninger omfatter en lang forskellige stoffer, f.eks: PAH, NPE, DEHP, LAS Gruppe Betegnelse Kilder/beskrivelse Primære effekt PAH Poly Aromatiske Hydrocarboner Ufuldstændig forbrænding Akkumulering i miljøet Lav LC 50 NPE Nonylphenyl Vaske og rengøringsmidler Kosmetiske produkter Østrogenlignende DEHP di(2-ethylhexyl) phthalat Plastmaterialer, lakker, lim Kræftfremkaldende Østrogenlignende Steorid hormon Østrogen fx 17β-østradiol Urin Østrogen påvirke reproduktion og kønsudvikling LAS Lineær alkylbenzen sulfonat Vaske og rengøringsmidler Persistent i anaerobe miljøer Langtidseffekter
19 Organiske mikroforureninger - Toksiske effekter En del målinger fra separat kloakerede områder, mere begrænset viden om udledninger fra fællessystemer Flere undersøgelser har påvist akkumulering af organiske mikroforureninger i spildevandspåvirkede recipienter Ofte svært at relatere koncentrationer til effekter i miljøet Spildevand kan forventes at have en detoxificerende virkning pga. adsorption til organisk stofindhold
20 Organiske forureninger Problem stoffer I forhold til miljøkvalitetskrav for vandområder vurderes følgende at være problematiske Stof(fer) 17β-østradiol Bisphenol A DEHP Udledning til Alle overløb Marine udledninger Udledning til ferskvand 4 PAH Udledning til ferskvand BLST (2010). Forurenende stoffer fra overløbsbygværker fra fælleskloakerede områder
21 Mikroplast et overset problem? Delvist nedbrudt plast (mekanisk/uv/mm) Effekter: Optages i væv fra akvatiske organismer Kan frigive toksiske stoffer fx Bisphenol A og Styren Kan fungere som vektor for andre miljøfremmede stoffer Kilder og skæbne Høje niveauer i både spildevand og overvand Tilbageholdes effektivt i renseanlæg (> 99.9%) Betydning af overløb??? PE og PP plast fragmenter (< 1000 m)
22 Næringssalte Eutrofiering Indholdet af næringssaltene kvælstof (N) og fosfor (P) i det aflastede vand fra fællessystemer er væsentligt Specielt P er et problem ved udledning til ferskvandsrecipienter, hvor primærproduktionen oftest er begrænset af tilgængeligheden af P. Regnbetingede udledninger står for 25% af P-udledningen (2013).
23 Hygiejniske effekter Der er påvist en klar sammenhæng mellem regn og høje værdier af coliforme bakterier i badevand Strande med badeforbud 2006 Kilderne til coliforme bakterier er mange Renseanlæg, regnvandsudløb, overløbsbygværker Undersøgelser fra Uggerby å viser at regnbetingede udledninger står for ca. 2/3 af belastningen, heraf stammer størstedelen fra overløb fra fællessystemer EU s badevandsdirektiv stiller strengere krav til vandets indhold af fækale bakterier.
24 Æstetiske effekter Udledning af toiletpapir, hygiejnebind, vatpinde og andet ristestof fra spildevandet Svært kvantificerbart! Ved undersøgelser i de tidligere Nordjyllands og Århus amter blev der konstateret æstetiske forureninger ved 18 27% af udledningspunkterne
25 Sammenfatning Under hensynstagen til afløbsystemets funktion (selvrensningsevne, indsivning, afløbstal, bassiner, mm) kan vi give et kvalificeret bud på overløbenes belastning med: organisk stof, næringssalte, Ammonium/ammoniak mange tungmetaller, visse organiske mikroforureninger og hygiejnisk kvalitet men vi har kun begrænset viden om tungmetallernes speciering, mange organiske mikroforureninger, mikroplast, mikrogummi,