Viden der styrker ida.dk
SPILDEVANDSKOMITEEN
ERFARINGSUDVEKSLING I VANDMILJØTEKNIKKEN NR. 1
●
30. ÅRGANG
●
APRIL 2017
EVA
Adresseliste for udvalgsmedlemmer –
Mads Uggerby (formand) EnviDan A/S Vejlsøvej 23, 8600 Silkeborg e-mail: mau@envidan.dk Tlf. 8722 8587
Agnethe Nedergaard Pedersen VandCenter Syd as Vandværksvej 7, 5000 Odense C e-mail: anp@vandcenter.dk Tlf. 6114 9310
Sanne Lund (kasserer)
Jakob Badsberg Larsen
Kjartan Gunnarsson Ravn
Kristian Vestergaard
MOE A/S Buddingevej 272, 2860 Søborg e-mail: sal@moe.dk Tlf. 2540 0246
Vejle Spildevand A/S Toldbodvej 20, 7100 Vejle e-mail: kjara@vejlespildevand.dk Tlf. 5118 1415
Niras A/S Sortemosevej 19, 3450 Allerød jla@niras.dk Tlf. 4810 4561, Mobil 2141 8335
Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet Energi- og miljødesign Inge Lehmanns Gade 10, 8000 Aarhus C e-mail: kv@ase.au.dk Tlf. 4189 3341
Ulla Boje Jensen
Furesø Egedal Forsyning A/S Knud Bro Allé 1, 3660 Stenløse e-mail: ubj@fefors.dk Tlf. 4137 5416
Forside foto Vandtrappen i Ry, klimaprojekt, Skanderborg Forsyning a/s
Udgiver Ingeniørforeningen, IDA – Spildevandskomiteen Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA. Indlæggene i bladet står for forfatterens egen regning, og Eva-udvalget er ikke nødvendigvis enig i den udtrykte holdning eller anbefaling. Hjemmeside www.evanet.dk E-mail eva@evanet.dk Dette blads redaktør Kjartan Gunnarsson Ravn, kjara@vejlespildevand.dk
ISSN: 1901-3663
Næste blads redaktør Agnethe Nedergaard Pedersen, anp@vandcenter.dk Deadline for indlæg 1. juni 2017 Næste blad forventes udgivet August 2017 Redaktion Margrethe Nedergaard, margrethe_nedergaard@hotmail.com
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
3
Indhold Leder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Indbydelse til Temadag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Referat fra Årsmødet.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Recipient og Afløbssystem – Et umage par Mads Uggerby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
Fremtidens afløbssystem – Lokalt tilpassede løsninger Mathias Lassen Nørlem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
Svovlbrinteudfordringer ved centralisering og energioptimering af spildevandsnetværk DEL 2 Bruno Kiilerich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
Foto Klimaprojekt i Galten, Skanderborg Forsyningsvirksomhed a/s
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Leder Bruger vi modellerne “rigtigt?”
Der sker mange projekter i byerne for tiden. Letbanearbejde, klimatilpasningsprojekter, byudvikling mm. Ledninger ligger på kryds og tværs lige under jorden, samtidig med at der bliver krævet mere og mere plads i byrummet, bl.a. til håndtering af regnvand. Ingeniørerne bliver derfor udfordret af at de skal få ledningerne ind i gaden på meget lidt plads, og nogle gange skal beslutninger også træffes hurtigt. Til det benyttes som regel modelberegninger, men hvordan sikrer vi at modellerne er valide? Er der nogle forudsætninger som bliver overset i al hast og jag. Hvordan træffer vi beslutningen om afløbssystemet og byens udformning på den bedste måde. Sideløbende med det bliver nye modeller til dimensioneringen udviklet og gamle opdateret. Bruger vi stadig de rigtige modeller til den givne opgave? Er en simpel beregning ligeså god som en avanceret? Og hvornår skal vi huske at tage fagbrillerne på og ikke lade os forblænde? Tag med på catwalken den 11. maj, hvor vi vil præsentere forskellige modeller – og komme med bud på hvornår, de er for tynde… :)
Vel mødt! EVA-udvalget
5
EVA-udvalget indbyder til
EVA-temadag Torsdag den 11. maj 2017, Hotel Nyborg Strand
Er modellerne for tynde? Temadagen vil sætte fokus på om vi bruger modellerne rigtigt. Bruger vi de rigtige modeller til formålet. Presser vi modellerne til at beregne noget, som ikke var tiltænkt, og hvor er faldgrupperne i det? Er vi kritiske nok når vi opsætter og beregner med modellerne, for hvad værktøjerne kan, og hvad vi selv kan? Kunne der være andre metoder/værktøjer som kan hjælpe os bedre end de gængse? Og hvordan er det med de detaljer. Er det vigtigt at få detaljerne ind i modellerne, for at vi kan sige noget præcist om virkeligheden. Hvor præcise skal vi overhovedet være? Ligger djævlen i detaljen? Og hvis vi har fundet ud af noget vha. detaljerede beregninger, hvordan får vi det omsat til en overordnet stabil model igen? Kort sagt vil det blive en temadag, hvor vi nørder igennem med detaljerne. Vi vil høre om metoder og værktøjer, om betydningen af at være kritisk og hydraulisk bevidst om hvad vi laver. Dette møde kræver et vist kendskab til hydrauliske modeller, da målet er at vi dykker i dybden. Kom og hør nærmere på EVA temadagen ...
Godsbanearealet i Aalborg. Boldbanerne fungerer samtidig som bassin under kraftig regn. Niras A/S
ds n 7 ry re 01 t k nde j 2 a Sæ ale m . i k 11 n de
Program 9:30 Kaffe/te og rundstykker
10:00 Velkomst og indledning Agnethe N. Pedersen, EVA udvalget
Introduktion til dagens emne
10:10 Kontrol af energitab i forbindelse med tunnelledning på Østerbro, København
Elham Ramin, SWECO
Københavns Kommune har besluttet at sikre byen mod skybrud. Det er målet, at der ikke må stå mere end 10 cm vand op af facaderne på ejendommene ved en 100 års regn om 100 år. Det stiller skrappe krav til de hydrauliske beregninger af de anlæg, der skal sikre byen. På indre Østerbro bliver rygraden i skybrudssikringen en stor tunnel under Strandboulevarden og Gl. Kalkbrænderi Vej, der leder vandet mod havnen ved ekstreme regn. For at sikre, at anlægget er hydraulisk bygbart – altså at de modellerede energitab svarer til de reelle energitab – er der gennemført omfattende kontrolberegninger/verifikation af MU-modellen.
10:35 Brug af CFD-beregninger ved overløb Henrik Sønderup, Rambøll
Oplægget vil komme ind på hvornår man bør lave CFD beregninger, når de almindelige overløbskanter ikke kan anvendes i Mike Urban modellen udfra to konkrete eksempler. Hvad kan CFD beregninger bruges til som Mike Urban ikke kan?
11:00 Kort pause
11:15
Hvordan man kan få hydraulikken i Mike Urban mere præcis
Merete Knudsen, Krüger
I dette indlæg vil komme godt rundt om stabilitet af modeller, realistiske brøndtab, ruheder, beskrivelse af vandbremser, tromlesier m.m. i Mike Urban. Hvordan får man et kompleks bygværk til at passe ind i modelverdenen uden at gå på kompromis med hydraulikken udfra mange års erfaring indenfor området.
11:40 De frie overfladers forbandelse – analyse af avancerede hydrauliske strukturer Michael Rasmussen, AAU
Udfordringerne ved analyse af avancerede hydrauliske bygværker - teoretisk, modelleringsmæssigt og målemæssigt.
12:05 Frokost
13:15 Hvordan kan man håndtere usikkerhederne i forhold til at dimensionere investeringstunge tunnelløsninger
Toke Sloth Madsen, HOFOR
I forbindelse med planlægning og dimensionering af tunnelsystemerne i Storkøbenhavn foretages en analyse af usikkerheder på designregn, afstrømning samt tunnelstrækningernes forventede kapacitet. Formålet er at dimensionere med et kendt sikkerhedsniveau og dokumentere pålideligheden/ sikkerheden af de planlagte løsninger.
Arbejdet er baseret på anbefalingerne i SVK skrift 27.
13:40 Hydrologisk modellering til forbedret modellering i våde perioder Kjartan Ravn, Vejle Spildevand
De våde vinterperioder i 2014 og 2015 har sat fokus på behovet for at tilføje hydrologisk afstrømning til afløbsmodellerne. Hvilken fejl risikerer vi at begå vi hvis vi ikke har hydrologisk afstrømning med? Hvordan kan modellen konkret udbygges? Fordele og ulemper ved at anvende MIKE SHE, MIKE URBAN RDII (NAM) model og/eller diverse måledata.
14:05 Pause
14:25 Mike Flood vs. Scalgo - styrker og svagheder i programmerne
Justine Henonin, Vandcenter Syd
Mike Flood og Scalgo kan i nogle sammenhænge overlappe, men hvor har de hver deres
Deltagergebyr Medlem af EVA 1300 kr. Øvrige 1500 kr. Ingeniører, Ikke medlem af IDA 3450 kr. Studerende gratis
styrker og hver deres svagheder. I hvilke situationer kan man benytte hvilke værktøjer – og hvad bliver resultatet.
14:50 Oversvømmelsessimulering vs. detaljegrad i 1D modeller
Tilmelding
Tilmeld dig på
Roland Löve, DTU
IDAs hjemmeside
Opløsningen af hydrauliske modeller bliver ofte valgt efter praktiske hensyn. Vi har udviklet en algoritme til automatisk simplificering af 1D modeller og testet i et 45km² opland i Melbourne, Australien hvordan forskellige simplificeringsgrader påvirker 1D-2D beregningsresultater på lokalt og oplandsniveau.
Hvor du opgiver • Arrangement nr.
15:15 Gode ideer til fejlfinding og kvalitetssikring
Agnethe N. Pedersen, EVA-udvalget
Kom med dit bud på, hvad vi ofte kan overse i modelværktøjerne.
15:25 Afrunding og afsluttende bemærkninger
• Navn • Adresse • Tlf. nr. • E-mail • Helst fødselsdato • Oplysning om du er ingeniør eller ej. (Arrangementet
15:30 Tak for denne gang og kom godt hjem
er åbent for alle)
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
9
Referat fra Årsmødet Årsmødet blev holdt i forbindelse med EVA temadagen 2. februar 2017 på Hotel Nyborg Strand kl. 11:40 til 12:15 Dagsorden var som følger: 1:
Valg af referent og ordstyrer
2:
Godkendelse af dagsorden
3:
Formandens beretning
4:
Vedtagelse af Årsregnskab
5:
Valg til bestyrelse
6:
Evt.
Ad 1: Kristian Vestergaard blev valgt til ordstyrer og Kjartan Ravn til referent. Ad 2: Dagsorden blev godkendt uden bemærkninger. Ad 3: Formand Mads Uggerby fremlagde sin beretning. Ad 4: Kasserer Sanne Lund fremlagde årsregnskabet og budget for næste år. Det blev enstemmigt vedtaget. Ad 5: Jan Scheel takkede af efter 2 x 3 års tro tjeneste i bestyrelsen. Kjartan Ravn var på valg efter 3 års tjeneste og blev genvalgt til en ny 3 års periode. Jakob Badsberg Larsen og Lisbet Sneftrup Hansen havde begge meldt sit kandidatur til den sidste post og derfor var der kampvalg mellem de to fremragende kandidater. De var begge til stede og holdt en kort præsentation af sig selv. Herefter gik årsmødet til valg. Det resulterede i 36 stemmer til Jakob og 19 stemmer til Lisbet. Jakob blev således valgt ind i bestyrelsen. Ad 6: Der var ikke noget til evt. Mødet blev herefter ophævet kl. 12:15.
Kalender
2017
10
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Kalender Faglige arrangementer
EVA arrangementer
Faglige arrangementer for forår og sommer 2017
Der henvises i øvrigt til de respektive kursusudbyderes hjemmesider for ajourføring af kursusdatoer, yderligere information samt tilmelding.
DANVA
11. maj Er vores modeller for tynde – Hotel Nyborg Strand
21. sep.
Udviklingsprojekter – mødested kommer senere
29. maj Afløbssystemet – Modul 2, Skanderborg
7. jun. Beredskabsplanlægning for spildevandsselskabet ved ekstremvejr, Skanderborg 15. jun. Temadag – Spildevand, affald og nye produkter fra idé til projekt, Skanderborg
11-12. sep. Afløbsoperatør Forum, Skanderborg
Teknologisk Institut
4. – 8. sep. Afløbssystemer opbygning og funktion, Taastrup 4. okt. Drift og vedligeholdelse af LAR-anlæg, Taastrup
Ferskvandscentret 2. - 4. maj Drift af pumpestationer
Vil du vide mere om drift og vedligehold af pumpestationer?
9. maj Udbudsreglerne og den nyeste praksis for udbud på vand- og spildevandsområdet Kurset giver dig den nødvendige viden omkring reglerne i udbudsloven og forsyningsvirksomhedsdirektivet.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
15. maj Tilsyn og håndhævelse på natur- og miljøområdet i Sorø
Kurset for enhver der fører tilsyn på natur- og miljøområdet
15. maj PULS om RBU – brugerkursus om regnbetingede udledninger
Lær at bruge datadelen om regnbetingede udledninger på endnu et PULS-brugerkursus, hvor du lærer at anvende den simple brugerflade i Miljøportalen. 15. - 17. maj Prøvetagning af spildevand Udbyg din viden om prøveudtagning af spildevand og oparbejde dine færdigheder i brug af apparatur og metoder. 22. - 30. maj Den lovpligtige arbejdsmiljøuddannelse med fokus på spildevandsområdet Er du arbejdsmiljørepræsentant i spildevandssektoren? Så tag den lovpligtige arbejds miljøuddannelse på Ferskvandscentret – her er den målrettet spildevandssektoren. 29. - 31. maj Procesteknik 2 Byg videre på din procestekniske viden og bliv spildevandsoperatør. 29. - 31. maj Tilsyn med anlægsarbejder Her får du et grundigt kendskab til pligt og ansvar ved tilsyn med anlægsarbejder, og hvad du specielt skal fokus på i forbindelse med tilsynet.
30. maj Erstatningsudmåling ved ekspropriation
Få både juridisk og praktisk indsigt i erstatningssager 31. maj - 1. jun Tilslutnings- og udledningstilladelser Her lærer du at udarbejde en tilslutnings– og en udledningstilladelse til renseanlæg
6. - 7. jun. Afløbsjura – hvad er praksis?
Her går vi i dybden med de regler, der gælder på afløbsområdet. Dygtige jurister og praktikere giver en skarp juridisk vinkel med flere kendte domme og den praktiske vinkel i forhold til sagsbehandlingen og den daglige administration. 19. - 21. jun. Procesteknik 3 Gode ideer og input til optimering og styring af processer
20. jun. Vibrationer og revner – et overset problem
Har du oplevet at vibrationer har udviklet sig til problemer, når I pumper? 21. - 25. aug Grundkursus i spildevandsrensning inkl. introduktionsforløb
Grundlaget for spildevandsoperatøruddannelsen – lær om driften af renseanlæg.
11
CIWEM, Chartered Institution of Water and Environmental Management CIWEM, Chartered Institution of Water and Environmental Management, er Spildevandskomiteens søsterorganisation i Storbritannien. Bestyreslesformanden for CIWEM, Elliot Gill, er til dagligt Teknisk direktor ved CH2M. Han kom og holdte et glimrende indlæg på EVA temadagen d. 2. februar 2017. CIWEM afholder temadage som kan være interessante for os EVA medlemmer.
Den næste temadag afholdes onsdag 10. maj i Birmingham.
Se progammet her: http://www.ciwem.org/events/urban-drainage-group-spring-conference-2017/
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
13
Recipient og Af løbssystem – Et umage par
Af: Udviklingschef Mads Uggerby, EnviDan A/S
Klimatilpasning af urbane områder er på mange måder et komplekst problem. Det er nødvendigt at tilgå problemet med en holistisk tilgang, der ikke kun involverer det urbane afløbssystem, men også vandløb, havvandsstand og grundvand.
Isolerede hændelser såsom skybrud, stormflod og tøbrud kan hver især give anledning til oversvømmelser. Implicit i dette ligger det også, at en kombination af ekstreme hændelser forskellige steder i det hydrologiske kredsløb, kan forværre de skadelige oversvømmelser. Denne kompleksitet rejser en række spørgsmål vedrørende sandsynligheden for samtidigheden af ekstremhændelser. Med andre ord, hvad er risikoen for, at der er sammenfald mellem høj vandstand i vandløbet, høj vandstand i bugten og/eller skybrud, og hvordan kan vi håndtere dette i vores modelleringstilgang til klimatilpasning? Det er måske fristende at kombinere fx en 10 års gentagelsesperiode for nedbøren med en 10 års gentagelsesperiode for vandløbet, når en koblet modellering af by og vandløb skal gennemføres. Men hvor ofte optræder disse to hændelser samtidigt – hvad er den ’resulterende’ gentagelsesperiode? I et klimatilpasningsprojekt, hvor EnviDan har hjulpet Aarhus Kommune og Aarhus Vand med de hydrauliske aspekter, er der udviklet en analysetilgang, der gør det muligt at estimere, hvordan hændelser kan udvælges, så der er styr på den ’resulterende’ gentagelsesperiode. En kompleksitet i klimatilpasningsmodellering er, at den i høj grad er stedsafhængig. I projektet er der for Vejlby/Risskov-området i Aarhus foretaget en analyse af 37-årig tidsserier for nedbør og vandløbsafstrømning, samt 10 års tidsserie for havniveau, hvor fokus har været på at undersøge, hvorvidt ekstreme hændelser er sammenfaldende. Projektets resultat var en holistisk metodetilgang til at håndtere den koblede modellering for Vejlby/ Risskov, hvor bl.a. faktiske hændelser med en gentagelsesperiode på 100, 20 og 10 år blev identificeret og benyttet til modelleringsarbejdet.
14
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 1 Korrelationsanalyse mellem henholdsvis urban afledning til Egåen og vandføringen i Egåen (venstre) samt havvandstanden i bugten og vandføringen i Egåen (højre).
Figur 2 Plot af indekseret og rangeret udledning fra byens afløbssystem til Egåen (volumen) mod indekseret vandføring i Egåen
Tilgangen til analysen af sandsynlighed for sammenfald tog udgangspunkt i en estimering af, hvorvidt afstrømningen fra afløbssystemet med udløb til Egåen, Egåens vandføring og Aarhus Bugts vandspejlsniveau var afhængige variable. Analysen efterviste, at den urbane afstrømning og vandløbsafstrømningen var afhængige, mens havniveauet var uafhængig af de resterende variable. Årsagen til uafhængigheden af havniveauet er en sluse placeret ved udløbet af Egåen, hvor vandet pumpes udenom, hvilket medfører at ændringer i havvandstand ikke forplantes opstrøms i Egåen. Uafhængigheden gør, at der mere isoleret kan fokuseres på sandsynlighed for sammenfald mellem den urbane afstrømning og Egåens vandføring. Dette vil ikke nødvendigvis være tilfældet i andre situationer. En korrelationsanalyse viste meget lave korrelationsværdier (Figur 1) og endda en negativ Nash–Sutcliffe koefficient mellem den urbane afstrømning og vandløbsvandføringen. Når der helt objektivt ses på, hvornår de 30 kraftigste hændelser forekommer er det næsten udelukkende sommerhændelser for det urbane system, mens det er vinterhændelser for Egåen. Og plottes de kraftigste (volumen) afløb fra byen mod indekseret vandføring i vandløbet er det tydeligt, at der ikke er registeret sammenfald mellem ekstrem udløb fra byen og ekstrem vandføring i vandløbet (Figur 2). Baseret på en ”extreme value distribution type I” (Gumbell) blev det kombinerede systems vandføring (vandføring i vandløbet og samtidig udledningen fra byen) fremskrevet, hvilket dannede grundlag for udvælgelse af faktisk hændelser til modellering med en given gentagelsesperiode i vandløbet, der både er status og klimafremskrevet, se Figur 3.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
15
Figur 3 Extreme value distribution – Type I (Gumbel) fremskrivning af systemets samlede vandførning som funktion af gentagelsesperiode. På baggrund af det samlede systems vandføring udvælges faktiske hændelser med tilsvarende vandføring.
Til modellering af konsekvenserne ved skybrud blev der foretaget en vandløbsmodellering af sandsynlige vandløbsføring ved ekstreme nedbørshændelser. De sandsynlige vandføringer i vandløbet blev fastlagt på baggrund af et plot af sammenhængen mellem vandføring i åen og afledningen fra afløbssystemet til åen. Den vandføring, der blev brugt til modellering af en randbetingelse, i form af en vandstand i åen ved det hvert udløb fra byen, for den urbane model, blev fastlagt som 95% fraktilen af de observerede vandføringer i Egåen ved de ca. 40 kraftigste hændelser (svarende til ca. > 1 års gentagelsesperiode). Dette er et valg, der er truffet – i dette tilfælde et relativt konservativt valg.
Konklusion
Med analysen blev der etableret et modelleringsgrundlag, hvor de ’resulterende’ gentagelsesperioder for ekstreme hændelser for henholdsvis vandføring eller nedbør/skybrud baserer sig på de observerede forhold mellem vandløbsvandføring og nedbør. En af konklusionerne ved at modellere afløbssystemet i Mike Urban og vandløbssystemet i Mike 11, begge med en hertil koblet terrænmodel i Mike Flood, var, at høj vandløbsvandføring i det aktuelle tilfælde er mere kritisk for oversvømmelser end samme vandføring helt eller delvist forårsaget af en nedbørshændelse. Det er dog ikke en konklusion, der umiddelbart overføres til andre projektlokaliteter. Derimod er metoden direkte til at overføre til andre projektlokaliteter, så et mere validt, lokalt modelleringsgrundlag kan etableres for modelberegninger af klimatilpasningsprojekter. Beregninger, der ofte er grundlag for store investeringer.
Figur 4 Vandføring i Egåen plottet mod den urbane afledning til Egåen.
16
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Fremtidens afløbssystem – Lokalt tilpassede løsninger
Af: Mathias Lassen Nørlem Projektingeniør Afløb Øst KRÜGER A/S
Der er behov for at opdimensionere det eksisterende afløbssystem. Ikke kun med henblik på at sikre mod oversvømmelser – men også for at sikre recipienterne, der skal opnå eller bevare en god økologisk tilstand.
Der er enighed om det overordnede mål; borgere og recipienter skal sikres på en måde, der skaber værdi. Derimod ses der, i et lille land som Danmark, vidt forskellige prioriteringer i forhold til at opfylde dette mål. Separering af afløbssystemer er således i fuld gang mange steder. Andre vælger at bevare fællessystemet i videst muligt omfang. Forudsætningen for optimale investeringer er, at der tages udgangspunkt i de konkrete udfordringer og muligheder. Derfor giver det god mening med de forskellige prioriteringer. For de bedste løsninger er ofte kombinationen af de to kloakeringsformer, sammen med forskellige virkemidler, differentieret på oplandsniveau (figur 1). Indtil nu har virkemidlerne primært været etablering af forskellige former for grøn infrastruktur, dvs. lokal håndtering eller forsinkelse af regnvand. Med den nuværende, teknologiske udvikling må det forventes, at også virkemidler som intelligent styring og decentrale renseteknologier i afløbssystemet, vil blive udnyttet i et større omfang end i dag. Der er behov for at sætte mange forskellige løsninger i spil, for at kunne implementere de bedste, lokalt tilpassede løsninger.
Regnvand er forurenet
Regnbetingede udledninger af urenset spildevand fra fællessystemer (overløb) står i dag for tæt på halvdelen den af den samlede spildevandsforurening og tæt på en fjerdedel af den samlede punktkildeudledning af organisk materiale og næringsstoffer i Danmark /1/. Dette kunne foranledige en til at tro, at fællessystemet ikke er fremtiden.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Regnvand er dog heller ikke rent. Uanset hvordan det håndteres, vil det resultere i en belastning af recipienten. Et separat regnvandssystem kan således medføre samme udledte stofmængder - ganske enkelt fordi de udledte regnvandsmængder er meget større end fra et fællessystem. Der er imidlertid stor forskel på hvornår, hvordan og hvor den primære belastning sker.
De lokale forhold spiller en stor rolle
Et eksempel på dette er vist i tabel 1, hvor forskellige løsninger for det samme opland er sammenlignet. Udgangspunktet er et ”standard”-opland på 10 red. hektar. Der er anvendt typiske stofkoncentrationer i udløb fra renseanlæg, separate regnvandsudløb og overløbsvand – begge sidstnævnte i udløb hhv. overløb fra veldimensionerede bassiner. Ved nogle recipienter vil et fællessystem miljømæssigt være det mest hensigtsmæssige. Det gælder eksempelvis, hvis recipientens følsomhed primært er over for den akkumulerende belastning. Her er det nemlig af væsentlig betydning, at størstedelen af belastningen stammer fra renseanlægget, som oftest udleder til relativt store og robuste recipienter. Modsat separatsystemet, hvor der ses en større belastning i selve oplandet ved de ofte mindre og mere følsomme recipienter. I andre tilfælde kan selv samme argument pege mod den største miljømæssige effekt ved et separatsystem. Det vil være i tilfælde, hvor det er den akutte effekt af de få, men koncentrerede, belastninger fra overløb i fællessystemer, der er kritiske. Det kunne være i forhold til et kortvarigt, højt iltforbrug i små vandløb. Eller ammoniakforgiftning fra det ammonium, som findes – om end meget fortyndet - i overløbsvand. Til sammenligning udledes ”iltforbruget” (BOD) i det separate regnvand over hele året, mens ammonium stort set ikke findes i separat regnvand. Kvælstofindholdet i regnvand er således ofte af en relativt uomsættelig slags.
17
Figur 1 Løsningsformer bør være evalueret og kortlagt i en ressourcebevidst og helhedsorienteret strategi, før beslutningerne om de meget store, fremtidige investeringer træffes. Både med øje på skybrudsplaner, visioner for den overordnede spildevandsstruktur og recipientbeskyttelse. Eksemplet her er fra en masterplan udarbejdet af Krüger for Svendborg forsyningsområde.
18
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Oversigt
Årlig belastning
Anlægspris
Fordeling af belastning
[kg/år]
[m3/år] Via renseanlæg
[mill. kr.]
SS
BOD
Total fosfor
Total kvælstof
Lokal recipient
Fælles
1.135
558
42
201
77.500
2.500
21,2
Separat
1.170
600
39
229
35.000
45.000
36,4
Fælles/separat (50/50)
1.135
564
40
209
56.250
23.750
19,4
Kombineret system med “simpel” styring
1.163
508
40
194
76.650
3.350
16,4
Tabel 1 Sammenligning af udledte stofmængder, udledningspunkter og anlægspriser for forskellige løsninger i et ”standard”-opland på 10 red. hektar
Figur 2 Det kombinerede system i sin grundform. Samstyring kan reguleres efter hvordan belastningen mest hensigtsmæssigt fordeles mellem renseanlæg og lokale recipienter.
Det skal i hvert enkelt tilfælde desuden overvejes, hvilke belastningsparametre, der skal vurderes ud fra. I tabel 1 er vist de klassiske parametre, men tungmetaller, miljøfremmede stoffer, bakterier og – som det sidste nye – mikroplast bør også indgå i vurderingen. Der må altså træffes en beslutning om den mest hensigtsmæssige kloakeringsform ud fra de konkrete, lokale forhold samt den tilhørende anlægs- og driftsøkonomi. Herunder også det ønskede serviceniveau og sammenhæng med f.eks. skybrudsprojekter.
Belastningen er den samme – prisen er ikke
Af tabel 1 fremgår også estimerede priser for ”standard”-oplandet ved hhv. opdimensionering af fællessystemet og omlægning til separatsystem.
[KR./M 3]
132.000
11,6
-
37
0
-
85.000
6,6
36 %
92
55
1.170
79.000
6,1
40 %
128
91
1.700
4a: Status – 20 % afkobling i oplandet (vision om 10 år)
75.000
7,6
43 %
117*
80*
1.400
4b: Status – 40 % afkobling i oplandet (vision om 20 år)
34.000
4,1
74 %
197*
160*
1.630
4c: Status – 60 % afkobling i oplandet (vision om 30 år)
8.500
1,6
94 %
277*
240*
1.940
132.000
11,6
65 %
57
20
233
1: Status – renovering af eksisterende system 2: Ekstra bassin ved pumpestation (Pst.) på 5.000 m3 3: Ekstra trykledning (1.250 l/s) + ekstra bassin nedstrøms i opland på 8.000 m3
7:
Rensning af overløb ved Pst. - Actiflo® (1,5 m3/s)
Erfaringer viser, at op mod 60 % af ledningerne, i fælleskloakerede systemer, kan forventes at skulle være større for at have tilstrækkelig kapacitet til fremtidens regn. Ved omlægning til separatsystem benyttes det eksisterende afløbssystem, i så vid udtrækning som muligt, som det fremtidige regnvandssystem. Selvom kravene til overholdelse af serviceniveau er lavere for regnvandssystemer, viser erfaringstal, at op mod 40 % Oversigt Årlig belastning af ledningerne skal opdimensioneres i fremtiden af hensyn til serviceniveau.
Separat
1.170
600
39
ANLÆGSOVERSLAG
STOFMÆNGDE
Tabel 2. Anlægsomkostninger for forskellige tiltag i oplandet til en større pumpestation. Meromkostning for hvert tiltag, i forhold til blot at renovere den eksisterende pumpestation, er sat i forhold til, hvor stor effekten er på overløb til recipient. Afspejlet ved en pris pr. reduceret m3 overløb, pr. år.
Anlægspris
Fordeling af belastning
[kg/år]
[m3/år]
Ændring af et eksisterende fællessystem til separatsystem er således op til dobbelt SS BOD Totalofte fosfor Total kvælstof så dyrt som at opdimensionere et fællessystem. Heri er endda ikke medregnet udgifter for Fælles 1.135 558anlæg af et 42nyt spildevands201 de private parcelejere til separering på egen grund. Primært system vejer tungt. 229
De to billigste løsninger, vist i tabel 1, er eksempler på kombinerede systemer. Foruden at Fælles/separat (50/50) ved de1.135 564 systemer, 40 at behovet for209 disse bevarer fællessystemet, er fordelen kombinerede opdimensionering af det eksisterende ledningssystem kan reduceres. Tilgangen underKombineret system med støtter dermed også, at ledningernes restlevetid 1.163 bedre udnyttes, da de40ikke skal skiftes194 508 “simpel” styring på grund af manglende hydraulisk kapacitet. Behovet for opdimensionering kan reduceres ved på forskellig vis at frakoble eller forsinke den ekstra vandmængde fra fortætning, arealudvidelser og klimafaktor. Anlægsoverslaget for fælles/separat-systemet er baseret på, at halvdelen af ”standard” -oplandet omlægges til separatsystem på traditionel vis. Det ”kombinerede system” er en blanding af løsninger i oplandet, som sigter mod at reducere behovet for etablering af nyt bassinvolumen, og dermed anlægspris, uden at der gås på kompromis med recipientbelastningen.
overløb
[MIO. KR.]
COST-BENEFIT
[MIO. KR.]
[MIO. KR.]
[ %]
STATUS SITUATIONEN
[PR. ÅR]
MEROMKOSTNING IFT.
[M 3 /ÅR]
SCENARIE
REDUKTION I UDLEDT
ANTAL UDLEDNINGER
Meromkostning pr. reduceret
19
UDLEDNING TIL RECIPIENT
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Via renseanlæg
[mill. kr.]
Lokal recipient
77.500
2.500
21,2
35.000
45.000
36,4
56.250
23.750
19,4
76.650
3.350
16,4
20
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Kombinerede systemer – minimering af udbygningsbehov
Den kombinerede løsning omfatter i dette tilfælde, at regnvand fra vejarealer, pladser, store samlede tage m.v. omkobles og ledes frem til et regnvandsbassin, som på normal vis er placeret ved recipienten, altså en delvis separering. Fællessystemet inkl. bassin består således fortsat. Fællesbassin og regnvandsbassin samstyres, så vand fra den fælleskloakerede del fortrinsvis føres til den afskærende ledning. Regnvandsbassinet indrettes sådan, at regnvandet ved normal drift – i modsætning til traditionelle regnvandsbassiner – føres tilbage til den afskærende ledning, når der er plads (figur 2). Behovet for bassinvolumen bliver på den måde væsentligt mindre end det tilsvarende i både fællessystem og regnvandssystem. Stofbelastningen ses at være på samme niveau som de øvrige systemer vist i tabel 1. Afhængigt af mulighederne i hvert opland, kan regnvandsbassinet også være udgjort af flere, mindre LAR-anlæg med eller uden nedsivning, der, som minimum, skal sikre den nødvendige forsinkelse.
Implementering af grøn infrastruktur tager tid
Foruden ofte at være en relativt billig løsning kan den kombinerede løsning – med eller uden den beskrevne samstyring – indgå i bestræbelserne på at opnå den blå-grønne by, hvor regnvandet udgør en rekreativ værdi. Det vil derfor ofte være den løsning, der bedst opfylder forsyningens og kommunens visioner. Implementering af grøn infrastruktur i et omfang, der kan kompensere for den manglende hydrauliske kapacitet i de eksisterende afløbssystemer, vil imidlertid tage lang tid. Nok længere tid end målopfyldelsen af vandområdeplanerne kan vente. Samtidig er det mange steder en nødvendighed, at der også laves løsninger af en mere ”grå” karakter, dvs. rør eller bassiner. I den sammenhæng kan virkemidler som intelligent styring og decentrale renseteknologier få en stor rolle. Dels i at reducere behovet for nye rør/bassiner, og dels ved at sikre løsninger med en effekt nu og her.
Styring af afløbssystemer – en case
Der findes allerede en række eksempler på intelligent styrede fællessystemet. I disse systemer prioriteres det, hvor og hvornår vandet sendes videre i afløbssystemet. Det sikrer, at der døgnet rundt er den bedst mulige udnyttelse af både afløbssystemet og renseanlæggets kapacitet. Dermed mindskes aflastningerne, og de uundgåelige aflastninger ender, hvor det er miljømæssigt mest hensigtsmæssigt og på tidspunkter, hvor spildevandet er mest muligt fortyndet. Implementering af styring i Kolding reducerede eksempelvis behovet for etablering af nyt bassinvolumen med 40 %.
Decentral rensning – en case
Et eksempel på hvordan en relativt lille investering i form af en decentral renseteknologi kan give stor effekt, nu og her, er illustreret i tabel 2. Der er her vist effekten af forskellige
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
anlægstekniske tiltag i oplandet til en større, dansk pumpestation. Effekten er vurderet ud fra reduktion i overløbsmængder og – hyppighed fra bassinet ved pumpestationen. I denne case opnås den største effekt ved afkobling af relativt store regnvandsoplande (20-60 %). Det er også klart det dyreste tiltag, men tjener dog mange andre formål, end blot at reducere overløb, og investeringerne sker over mange år (beløbene svarer til 8 mio. kr. pr. år). Det markant billigste tiltag er implementering af en kompakt, automatiseret renseteknologi. Der er her regnet med en Actiflo® -løsning (opholdstid ca. 7 min) og den renseeffekt, der hermed erfaringsmæssigt kan opnås på suspenderet stof, fosfor og BOD (65-98 %). Desuden renses effektivt over for tungmetaller, mikroplast og øvrige stoffer, som i høj grad findes på partiklernes overflade. Endelig muliggør fraseparering af partikler en effektiv desinfektion af det rensede vand, hvis der er krav om badevandskvalitet ved recipienten. (figur 3). Den årligt aflastede vandmængde er uændret fra status. Men stofmængden i vandet, der aflastes, er reduceret i en sådan grad, at effekten er på niveau med belastningen – de ofte langsigtede – tiltag som afkoblingsprojekterne. Den mulighed for intelligent styring, et lokalt udledningspunkt med stor hydraulisk kapacitet giver, kan måske endda yderligere bruges til at optimere hele afløbssystemets funktion. Eksemplet er konkret, men løsningsmodellen er endnu ikke besluttet. Helt tilsvarende løsningsmodeller ses imidlertid i stort omfang i bl.a. vores nabolande Norge og Sverige. Det skyldes primært en anden lovgivning på området for overløb – og deraf et økonomisk incitament til reelt at gøre noget ved problemer med overløb nu og her.
Indsatsen kan starte nu
Intelligent styring og decentral rensning i afløbssystemet er forbundet med relativt begrænsede anlægsomkostninger. Samtidig kan der på denne måde hurtigt opnås en effekt. Dertil kommer den fordel, at det giver mulighed for at afvente, hvordan udviklingen og tilpasningen i oplandet forløber. Klimatilpasning er en løbende proces, og det må forventes, at strategi og løsninger skal detaljeres og justeres i takt med at klimaet ændres, og vidensniveauet øges. /1/ (Punktkilder 2013; Miljøministeriet, Naturstyrelsen, 2015)
21
Figur 3 En lokal renseteknologi kunne være Actiflo®. Løsningen er yderst kompakt, automatiseret og anvendes i stort omfang til rensning af overløbsvand i vores nabolande.
22
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Svovlbrinteudfordringer –
ved centralisering og energioptimering af spildevandsnetværk
DEL 2, ... fortsættelse følger i det næste EVA-blad
Af: Bruno Kiilerich, Erhvervs PhD studerende Aalborg Universitet/Grundfos
Frigivelse af svovlbrinte
Ved centraliseringen af spildevandsrensningen fra mindre byer og spredt bebyggelse bliver man, grundet topografien i Danmark, nødt til at pumpe spildevandet.
Svovlbrinte kan frigives fra spildevandet, hvori det transporteres efter dannelsen i biofilmen, når der er et frit vandspejl med en overliggende kloakatmosfære. Da sulfid sjældent dannes i gravitationsledninger i Danmark, er det derfor for enden af trykledningerne, at denne frigivelse finder sted. De afledte problemer i forbindelse med svovlbrinte frigivelsen koncentrerer sig altså hovedsageligt omkring oppumpningsbrønde samt den efterfølgende gravitationsledning. Frigivelsen fra spildevandet afhænger som beskrevet i del 1 blandt andet af, på hvilken kemisk form sulfid befinder sig, samt hvilken temperatur spildevandet har. Jo lavere pH (sulfid hovedsageligt på svovlbrinte (H2S) formen) og højere temperatur jo mere sulfid kan frigives fra spildevandet. Udover disse to parametre er turbulensen af spildevandet i oppumpningsbrønden og gravitationsledningen en afgørende faktor for frigivelsen (Figur 1). Turbulens er den fysiske kraft som driver svovlbrinten ud af spildevandet. Det kan kort siges, at øget turbulens i spildevandet ved overgangen til oppumpningsbrønden og i den efterfølgende gravitationsledning øger svovlbrinte frigivelse. Dog er det kun muligt at drive maksimalt 10-30% af svovlbrinten af på denne måde.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
23
Figur 1 Skitse der illustrerer indflydelsen af turbulens, temperatur og pH på svovlbrinte frigivelse fra spildevand.
En frigivelse af yderligere svovlbrinte beror på den kemiske ligevægt, der indstiller sig imellem spildevandet og kloakatmosfæren imens spildevandet flyder videre ned igennem gravitationsledningen. Under denne transport igennem oppumpningsbrønden og gravitationssystemet sker der en geniltning af spildevandet. Det ilt der overføres fra kloakatmosfæren til spildevandet bruges blandt andet til at ilte sulfid tilbage til sulfat. Det betyder, at i lange gravitationsledning med god geniltning kan den del af sulfiden, der ikke er blevet frigivet, blive omdannet til sulfat igen. Dette betyder også, at generne fra sulfid oftest er størst lige omkring oppumpningsbrønden og det første stykke ned igennem gravitationsledningen, hvorefter det gradvist aftager (Figur 2). Et tiltag til at begrænse generne fra sulfid, når det er blevet dannet, er derfor at mindske turbulensen i oppumpningsbrønden. Dette vil holde mest muligt af sulfiden i spildevandet, hvor en omdannelse til sulfat potentielt kan finde sted. Dette er dog til dels uforeneligt i forhold til geniltning, da geniltningen sker bedst under turbulente forhold. Overordnet set vil det dog være bedst at holde det sulfid, der ikke allerede er blevet frigivet, nede i spildevandet, uanset om det bliver omdannet til sulfat eller ej, da det ikke gør nogen skade her. Man skal dog være opmærksom på, at svovlbrinten stadig kan blive frigivet på steder med høj turbulens, og at der typisk skal nogle kilometer gravitationsledning til, før alt sulfiden er væk.
24
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 2 Eksempel på hvordan generne fra svovlbrinte gradvist reduceres ned igennem gravitationsledningen.
Luftstrømmen i kloakatmosfæren
Som det ses af Figur 2, koncentrerer korrosionen sig ikke kun til oppumpningsbrønden, men breder sig videre ned i gravitationsledningen. Det skyldes blandt andet, at ligevægten af svovlbrinte mellem spildevandet og kloakatmosfæren gradvist indstilles som tidligere nævnt, men også at kloakken ”ånder”. Det betyder, at der skiftevis suges luft ned i kloakken og skubbes luft ud af kloakken. Begge processer kan ske i samme brønd, men det kan også være på helt separate steder, at de to ting finder sted. Dette afhænger helt af pumpesekvenser og den fysiske udformning af ledningen og brønden. Under alle omstændigheder hænger vejrtrækning tæt sammen med flowet af spildevand, og som tommelfingerregel siger man, at kloakken fører lige så meget luft som spildevand med sig. Luften bevæger sig ned igennem gravitationsledningen med en hastighed svarende til ca. 5-40% af spildevandets hastighed. Ydermere kan vind henover åbninger i systemet (huller i dæksler, overløb, ventilation osv.) også have indflydelse på om luften presses ned i eller suges op af kloakken. Så selvom der er svovlbrinte tilstede i en oppumpningsbrønd, der potentielt kunne give lugtgener, er det ikke sikkert, at dette vil forekomme, da systemet netop i dette punkt ånder ind. Det betyder dog, at svovlbrinte vil blive transporteret inde i gravitationsledningen og er denne lavet af beton, kan der opstå korrosionsskader inde i røret. Typisk vil oppumpningsbrønden ved overgangen fra en trykledning dog ved den første del af pumpningen ånde ud, i det der kommer et flow ind i brønden. Afhængig af de fysiske rammer på stedet, kan der efter at flowet er etableret, enten ske en fortsat udånding af den gasbærende luft, eller dette kan overgå til at blive en indånding i stedet for. Grundet dette, kan lugtgener være meget periodevise ved oppumpningsbrønden, hvorfor det kan være svært at konstatere problemer på lokaliteten efterfølgende. Derudover må man ikke
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Ånder ud: svovlbrinte kan blive frigivet fra kloaksystemet og give lugtgener
25
Ånder ind: svovlbrinte føres med videre ned i gravitationsledningen og kan forårsage korrosionsskader længere nede.
Figur 3 Øverst: skitse af luftstrømme i en gravitationsledning. Nederst: Modellering af luftstrømme i et kloaksystem. Positive måleværdier indikerer at luft trykkes ud af kloaksystemet og negative måleværdier indikerer at luft suges ned i kloaksystemet.
glemme variationen i alle de andre parametre som influerer dannelsen af svovlbrinte jf. del 1 som f.eks. forskelle i opholdstid, indhold af organisk stof etc. Disse variationer vil bevirke, at man ved en senere inspektion af lokaliteten måske ikke vil konstatere nogen problemer, selvom der bliver pumpet en batch vand ind i brønden. I tilfælde hvor man har modtaget borgerhenvendelser angående lugtgener, kan det derfor være en god ide at hænge en svovlbrintelogger ud i en periode. Dette vil give en ide omkring omfanget af generne, og på denne baggrund kan man vurdere, om dette er et tilbagevende problem, der bør sættes ind overfor. Det skal her i parentes bemærkes, at ikke det ikke kun er svovlbrinte, der giver spildevand en dårlig lugt. Der kan således godt være lugtproblemer, uden at der er svovlbrinte tilstede. Sådanne forhold vil kunne opstå et stykke nedstrøms for en pumpeledning (måske 1-2 km). Ved eller tæt på oppumpningsbrønden vil det dog være svovlbrinte, der dominerer lugten. Det skal dog holdes in mente, at en borgerhenvendelse ikke nødvendigvis giver et præcist billede af, hvor det reelle svovlbrinteproblem er opstået. Borgerne i oplandet kan have forskellige tolerancegrænser, og klagen er måske blot udtryk for, at én borger har følt sig generet. Derfor bør en sådan henvendelse ikke kun dreje sig om den specifikke lokalitet, da svovlbrinte i nogen tilfælde kan blive transporteret i spildevandet over længere afstande, uden at blive frigivet fra spildevandet. Frigivelsen på det specifikke sted kan f.eks. skyldes et pludseligt fald i pH eller øget turbulens. Altså kan det være et helt andet sted i systemet, at kilden til svovlbrintedannelsen skal findes, og stedet hvor man bør koncentrere sin bekæmpelse. Man bør derfor lave fysiske inspektioner af såvel den pågældende lokalitet samt opstrømsliggende lokaliteter, gennemgå ledningsprofiler, estimere opholdstider, vurdere hvilke typer af spildevand etc. og finde frem til hvor kilden til problemet reelt er.
26
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Graviationsledning/oppumpningsbrønd
Zoom på overfladen af et korroderende betonrør
Figur 4 Venstre: skitse af korrsionsmekanismen i biofilmen på et betonrør. Højre: forstørrelse af overfladen af et korroderet betonrør.
Korrosion/omdannelse til elementært svovl
Når svovlbrinten er frigivet fra spildevandet til kloakatmosfæren kræver det en kemisk eller biologisk iltning, for at det forsvinder igen. Men inden dette finder sted, kan frigivelsen i nogen tilfælde føre til lugtgener. Lugtgenerne opstår når svovlbrinten siver ud af brøndene til omgivelserne, hvor det selv i meget små koncentrationer (ppm) kan lugtes. Korrosionen er en del af den kemiske/biologiske iltningsprocess og finder sted, når den gasformige svovlbrinte adsorberes på fugtige overflader på f.eks. oppumpningsbrønden. På disse overflader lever en specifik type af bakterier, der ved hjælp af ilt omdanner svovlbrinten til svovlsyre (H2SO4) (Figur 4). Svovlsyren reagere med den basiske cement i betonrøret, hvorved denne omdannes til gips som er korrosionsproduktet. De samme processer finder sted på metalliske overflader, f.eks. nedgangsstiger og dæksler, men i stedet for gips, dannes der her rust eller andre metaloxider. Korrosionen vil typisk være kraftigst i rørets krone samt ved vandlinjen og den kan i værste fald overstige 5 mm/år. Dette betyder, at levetiden af de berørte dele kan reduceres signifikant, og der findes eksempler på at gravitationsledninger efter blot 10-20 års drift er kollapset. Adsorptionen af svovlbrinte til betonrøret er hurtig og i et rør af moderat størrelse (fx Ø200) kan dette føre til en fjernelse på op til 1-2 ppm/sek. I større rør sker dette dog typisk langsommere, men det betyder således også, at der er en større risiko for at svovlbrinte siver ud af brønden og giver lugtgener. På plastikrør og coatede betonrør dannes der ikke korrosionsproduktet gips. I stedet for omdannes svovlbrinten til elementært svovl (et hvid-gulligt lag), som udfældes på overfladen af røret (Figur 5). Omdannelse af svovlbrinte til svovlsyre, og dermed fjernelsen, sker hurtigere på betonrør set i forhold til plastikrør (Figur 6). De underliggende kemiske og biologiske processer kan forklare, hvorfor der er denne forskel imellem de to materialer. I praksis betyder det blot, at betonrøret virker som en fjernelsesmekanisme i systemet, og at materialevalget af spildevandssystemet har en indflydelse på de eventuelle gener, der kan opstå. Bruges plastikrør/brønde i systemet, nedsættes hastigheden hvormed svovlbrinte iltes og mere af svovlbrinten vil dermed have mulighed for at sive ud af oppumpningsbrønden og give lugtgener.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
27
Primært gips
Blotlagte struktursten efter at gipsen er skyllet væk
Betonrør
Betonrør
> 85% elementært svovl
Plastikrør
> 85% elementært svovl
Coatet betonrør
Figur 5 Øverst: Eksempler på korrosion af et betonrør hvor gipslaget tydeligt ses. Efter et stort regnskyl fjernes gipsen og strukturstenene i betonrøret blotlægges gradvist med tiden. Nederst: Eksempler på opbygningen af elementært svovl på plastikrør samt et coatet betonrør
Figur 6 Omdannelse af svovlbrinte (iltningsraten) på henholdsvis beton- og plastikrør ved forskellige koncentrationer af svovlbrinte (10, 100, 1000 ppm).
28
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 7 Relativ effekt på sulfidkoncentrationen ved en forøgelse eller reduktion af rørstørrelse. Beregningerne for de tre rørstørrelser er udført med samme daglige volumen spildevand.
Dermed bør det holdes in mente, at når en oppumpningsbrønd og den ledningen nedstrøms coates eller udskiftes til plastikmateriale grundet korrosionsskader, stopper svovlbrinteproblemerne ikke. Dette kan i stedet føre til lugtgener på stedet, eller at svovlbrinten vil blive ført med længere ned i gravitationssystemet. Er dette ikke ligeledes blevet coatet eller udskiftet til plastik, er korrosionsproblemet blot flyttet længere nedstrøms i systemet. Man bør derfor vurdere om betonkorrosionen i oppumpningsbrønden og den første del af gravitationsledningen var bedre, end at flytte problemet længere nedstrøms, til steder hvor det evt. kan være sværere at håndtere korrosionsskaderne.
Hvordan designer man systemet, så man undgår H2S problemer Svovlbrinteproblemer undgås bedst allerede i planlægningsfasen ved at tænke dannelses- og frigivelsesmekanismerne ind fra start ved projektering af nye ledninger. Altså afvige fra tankegangen om, at svovlbrinte blot er et problem, man løser efterfølgende når det opstår. Men med dette sagt, så er det desværre ikke så enkelt og uden økonomiske konsekvenser, da en reduktion af svovlbrinte enten vil øge anlægs- eller driftsudgifterne for den pågældende ledning. Følgende forslag til at reducere svovlbrinteproblemerne bliver præsenteret uden hensyntagen til de økonomiske aspekter. Hvilken løsning, der er bedst i en given situation, bør bero på en cost-benefit analyse i forhold til, hvad det vil koste ikke at gøre noget eller alternativt hvad bekæmpelse af svovlbrinte vil koste.
Minimere sulfiddannelse
Pumpehastighed I del 1 gennemgik vi hvilke parametre, der har indflydelse på sulfiddannelsen i trykledninger. Af disse mange parametre, er der kun få, vi kan styre, hvor flowhastigheden er én af dem. Indflydelsen af pumpehastigheden har vi allerede diskuteret i del 1, og set at ud fra et svovlbrintemæssigt synspunkt, gælder det om at pumpe spildevandet med så høj vandhastighed som muligt i trykledningen.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 8 Principskitse af hvordan en trykledning kan deles op i flere del-pumpninger for at mindske sulfiddannelsen.
Rørstørrelse Rørstørrelsen af en given trykledning og dermed A/V-forholdet er typisk fastlagt ud fra et hensyntagende til selvrensning og det dynamiske tryktab i ledningen. Det dynamiske tryktab har indflydelse på hvor meget energi, der skal bruges til pumpning. Her skal man ud fra et energimæssigt perspektiv vælge så store rørstørrelser som muligt. Dette virker også fornuftigt taget A/V-forholdet i betragtning, da dette reduceres med øgede rørstørrelser. Men ved et specifikt volumen spildevand, der skal flyttes igennem systemet, vil opholdstiden blive forøget, når rørstørrelsen øges. Som det kan ses af Figur 7, er den samlede effekt på svovlbrintedannelsen, at forøgelsen i opholdstiden mere end opvejer reduktionen i A/V-forholdet, hvilket betyder, at der relativt vil blive dannet mere svovlbrinte ved at øge rørstørrelsen, end ved at reducere rørstørrelsen. Dette viser også, at energibesparelse og svovlbrintedannelse er to modsat rettede effekter i systemdesignet som begge bør overvejes for at opnå den optimale løsning.
Opholdstid Den eneste måde man kan afkorte opholdstiden i systemet på, hvis man ikke ønsker at reducere rørstørrelsen, er at bryde trykledningen op i kortere stykker (Figur 8). Herved får man indskudt stykker hvor spildevandet transporteres ved gravitation i stedet for i fuldtløbende trykledninger, der som tidligere nævnt er hot-spots for sulfiddannelse. Om dette er muligt vil helt og aldeles afhænge af topografien og undergrunden på den specifikke lokalitet. En løsning som denne kan heller ikke undgå at øge både drifts- og anlægsudgifterne, da der skal sættes og drives flere pumpestationer og de pumpestationer man indsætter, givetvis skal være dybere, for at man kan gravitere spildevandet på dele af strækningen. Men løsningen har til gengæld den fordel, at den sulfid der evt. bliver dannet kan blive geniltet i gravitationsstykkerne og den samlede mængde af sulfid der dannes, vil aldrig blive så høj som i den traditionelle 1-pumpe løsning.
29
30
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 9 Eksemplificering af, hvordan man i designet af sit spildevandssystem kan placere en oppumpningsbrønd efter en lang trykledning, således den giver færrest mulige lugtgener. Venstre: klassisk design. Højre: Optimeret design.
Kontrollere og reducere frigivelse
Placering af oppumpningsbrønden Såfremt man tænker svovlbrinte ind i sin ledningsplanlægning, kan man minimere lugtgener fra systemet til trods for, at der stadigvæk pågår sulfiddannelse. Et klassisk ledningsnet layout er at aflevere spildevandet fra en trykledning i starten af en by, og lade dette gravitere, sammen med spildevand fra byen, til en pumpestation beliggende i slutningen af byen (Figur 9). Som vi har gennemgået tidligere frigives svovlbrinte, når det forlader trykledningen, samt i et stykke af den efterfølgende gravitationsledning. Med dette traditionelle design, udsættes store dele af byen for svovlbrintefrigivelsen og dermed lugtgener. Et alternativt design vil være at føre trykledningen udenom byen, og først koble den på gravitationssystemet i slutningen af byen. Flytter man ydermere denne pumpestationen væk fra den nærmeste bebyggelse, har man isoleret problemet til en grøftekant udenfor byen. Dette er blot en eksemplificering af, at man ved at overveje, hvor spildevandet fra trykledningen afleveres, kan styre, hvor frigivelsen finder sted og dermed placere dette, således at det ikke generer nogen eller færrest muligt.
Turbulens i oppumpningsbrønden
Frigivelsen af svovlbrinte styres af koncentrationsforskellen mellem spildevandet og kloakatmosfæren, og en udveksling mellem disse vil finde sted indtil ligevægtskoncentrationen er opnået. Hastigheden hvormed udvekslingen finder sted, accelereres af turbulensen af spildevandet, da dette er med til at drive svovlbrinte ud af spildevandet over i kloakatmosfæren (Figur 1). Et brønddesign der minimere turbulensen af spildevandet i overgangen fra trykledning til gravitationsledningen, vil dermed reducere mængden af
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 10 Eksempler udforminger af oppumpningsbrønde der øger eller minimere svovlbrinte frigivelsen. Venstre: brønddesign med meget turbulens, hvilket øger frigivelsen af svovlbrinte. Højre: brønddesign med minimal turbulens hvilket minimere frigivelsen.
svovlbrinte, der frigives på den givne lokalitet. I Figur 10 er vist fire eksempler på oppumpningsbrønde, hvor to af dem øger frigivelsen, og de to andre minimere frigivelsen af svovlbrinte. Til trods for, at der stadigvæk ses korrosionsskader i oppumpningsbrøndene med lav turbulens (til højre), vil en reduktion af svovlbrintekoncentrationen i luftfasen alt andet lige, medføre en reduktion i både lugtgener og korrosionspotentialet på den givne lokalitet. Vi har nu kigget nærmere på sulfiddannelse og sulfidfrigivelse, samt hvordan man i et vist omfang kan undgå at generne opstår, samt fastholde eller flytte dem til steder, hvor det kan håndteres. I næste del ser vi nærmere på bekæmpelsesstrategier og hvilke overvejelser, der bør lægge til grund for det endelige valg af metode. For den interesserede læser kan bogen ”Sewer Processes, microbial and chemical process engineering of sewer networks” være et uddybende supplement til denne gennemgang.
31
Udgivet af Ingeniørforeningen, IDA · Spildevandskomiteen · Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken, EVA · April 2017 · evanet.dk