transport og rensing av forurensning i urbant overvann · 2019-02-19 · • pah (> 90 %...

Transport og rensing

av forurensning i

urbant overvann

Seminar Norsk Vannforening

Oslo 16. november 2016

dr.ing, Kim H. Paus

Agenda

1. Utfordringer

2. Forurensning i overvann

3. Renseløsninger

4. 3-trinnsstrategien

Utfordring 1: Fortetting påvirker avrenningen

Increasing UrbanizationØkende urbanisering

Avr

enn

ing

Figur fra Stream Corridor Restoration Principles, processes, and Practices (2001) USDA-Natural Resources Conservation Service

Tid

Kapasitet på ledningsnett (rørdiameter etc.)

Utfordring 2: Ledningsnettet har stadig dårligere tilstand

Avr

enn

ing

Redusert kapasitet på ledningsnett



Tid


Utfordring 3: Effekt av forventede klimaendringer

Avr

enn

ing



Tid

Redusert kapasitet på ledningsnett


Svært god

God

Moderat

Dårlig

Svært dårlig

Miljøtilstand

Grensen for bærekraftig bruk

Utfordring 4: Overvann fra tette flater er ofte forurenset

Tilstandsklasser for ferskvann (SFT, 1997)

Lindholm, O. (2004). Miljøgifter i overvann fra tette flater: Litteraturstudie, RAPPORT LNR 4775-2004, NIVA

Utfordring 4: Overvann fra tette flater er ofte forurenset

Berge, J. A., Ranneklev, S., Selvik, J. R. og Orderdalen Sten, A. (2013). Indre Oslofjord - Sammenstilling av data om miljøgifttilførsler og forekomstav miljøgifter i sediment. Rapport L.NR. 6565-2013, Oktober 2013. / AquateamCOWI (2015) Avrenning av miljøgifter fra tette flater -litteraturstudium

Fordeling av tilførslerForurensning til indre Oslofjord

OvervannskvalitetSammensetning

• Tungmetaller:• Pb (mest partikulært)• Zn (50 % partikulært)• Cd (50 % partikulært)• Cu (50 % partikulært)

• Organiske miljøgifter• PAH (> 90 % partikulært)• PCB (> 90 % partikulært)

• Partikler

• Olje

• Næringsstoffer (fosfat, nitrat..)

• Vegsalt (NaCl; 0 % partikulært)

OvervannskvalitetVariasjon i tid og rom

Minutter

Dager

Måneder

år

Avre

nn

ing

Avre

nn

ing

Avre

nn

ing

Fo

rure

nsn

ing

Fo

rure

nsn

ing

Fo

rure

nsn

ing

Fo

rure

nsn

ing

Minutter: Forurensning akkumulert på

tette flater blir vasket bort ved regnvær.

Den første avrenningen er mest

forurenset (first flush effect).

Dager: Avrenning etter lengre tørre

perioder vil kunne inneholde høyere

konsentrasjoner forurensning.

Måneder: Snø vil kunne fange opp

forurensning over vinteren før dette

frigis gjennom smeltevann i høye

konsentrasjoner.

År: Skjerpede restriksjoner, nye stoffer

ifm. materialbruk og ny kunnskap gir

endring av forurensning over lengre

tidsrom.

Varmt klima

Kaldt klima

Akkumulering på urbane flater

Akkumulering på urbane flater Akkumulering i snø

Me

ngd

e f

oru

ren

snin

gM

en

gde

fo

rure

nsn

ing

Sommer Høst Vinter Vår

Sommer Høst Vinter Vår

OvervannskvalitetVariasjon som følge av klima

Forurensning i trafikknær snøEksempel fra Trondheim

Forurensning øker med økende trafikk-belastning ..


Moghadas, S., Paus, K.H., Muthanna, T.M., Herrmann., Marsalek, J., Viklander, M. (2015) Accumulation of Traffic-Related Trace Metals in Urban Winter-Long Roadside Snowbanks, Water, Air and Soil Pollution.

Forurensning akkumuleresover tid i snøen..



Graden av forurensning kanuttrykkes som en funksjon avantall biler passert..


𝑑 𝑍𝑛

𝑑 𝑏𝑖𝑙

𝑐𝑎𝑐𝑐 =𝑑 𝑍𝑛

𝑑 𝑏𝑖𝑙= 46 𝑛𝑔/(𝑚2 𝑏𝑖𝑙)


Norwegian University of Science and Technology 08 September 2011

Parameter Akkumuleringsrate𝑐𝐚𝑐𝑐

Enhet R2

TSS 489 ± 85 μg/m2 per kjøretøy50 %

Cu 46 ± 6 ng/m2 per kjøretøy 66 %

Pb 5 ± 1 ng/m2 per kjøretøy 63 %

Zn 108 ± 15 ng/m2 per kjøretøy 65 %

Cd 0.08 ± 0.01 ng/m2 per kjøretøy 59 %

W 14 ± 4 ng/m2 per kjøretøy 85 %

Pt 0.017 ± 0.003 ng/m2 per kjøretøy 74 %



Berge, J. A., Ranneklev, S., Selvik, J. R. og Orderdalen Sten, A. (2013). Indre Oslofjord - Sammenstilling av data om miljøgifttilførsler og forekomstav miljøgifter i sediment. Rapport L.NR. 6565-2013, Oktober 2013. / AquateamCOWI (2015) Avrenning av miljøgifter fra tette flater -litteraturstudium

Fordeling av tilførsel fra tette flater Til indre Oslofjord

3. Snøen transporteres til

sentral snødeponi

2. Snøen blir dumpet direkte i

vannforekomster

1. Snøen smelter på stedet /

fraktes til lokalt deponi

Snow dumping to Sandvikselva

Photo: Budstikka

Roadside snow at Risvollan

Photo: S.Thorolfsson

Åsland Snow Deposit

Photo: Erik Andersen

Forurensning i trafikknær snøHåndteringsstrategier

Tilbake til naturen

RenseløsningerSystematisk gatefeiing

Foto: Drammens tidene (2014)

• Fjerning av forurensning før det

fanges av overvannet

• Kan være utfordrende å få med

de minste, og ofte mest

forurensede, partiklene

• Trafikk og gateparkering kan gi

utfordringer ift. gjennomføring

RenseløsningerSandfang

• Prosess: Sedimentasjon

• Fjerner anslagsvis rundt 50 % av grove

partikler

• Krever regelmessig/systematisk tømming –

finpartikler blir lett vasket ut ved kraftig

regnvær

• Det er veieier som er ansvarlig for drift,

tømming og vedlikehold..

Prinsipp

RenseløsningerRensedammer


• Renseeffekt øker med økende

overflateareal og/eller

oppholdstid (forutsetter rolige

strømningsforhold)

• God og robust renseeffekt for

partikler

• Liten renseeffekt for løst

forurensning, flytestoffer og

bakterier

• Regelmessig fjerning av

slam/vegetasjon

Foto: COWI (2013)

RenseløsningerRensedammer

Foto: COWI (2013)

Ren

seef

fekt

n [ - ]

Statens vegvesen, Vannbeskyttelse i vegplanlegging og vegbygging (Håndbok 261, utkast)


• Renseeffekt øker med økende

overflateareal og/eller

oppholdstid (forutsetter rolige

strømningsforhold)

• God og robust renseeffekt for

partikler

• Liten renseeffekt for løst

forurensning, flytestoffer og

bakterier

• Regelmessig fjerning av

slam/vegetasjon

RenseløsningerKonstruert våtmark

• Prosess: Filtrasjon/sedimentasjon/biologisk opptak

• Variabel renseeffekt (biologiske faktorer)

• Renseeffekt øker med økende overflateareal

og/eller oppholdstid (forutsetter rolige

strømningsforhold)

• Regelmessig fjerning av opprenskning

Foto: COWI (2013)

RenseløsningerRensing av Hovinbekken ved Teglverksdammen

RenseløsningerSentraldammen Fornebu

RenseløsningerSentraldammen Fornebu

MIKROSIL

BIOFILTER

SKIMMERE

TRAPPERIST

RenseløsningerInfiltrasjonstiltak

• Prosess: Filtrering og sorpsjons-prosesser

• Ikke permanent vannspeil

• Lokal renseløsning (håndterer små

nedbørfelt)

• Forventede renseeffekter for regnbed:• 90 % for partikler

• 80 – 90 % for løste tungmetaller

• 90 % for olje

• 70 – 90 % for PAHer

• 60 % fosfat

Sorp

sjo

ns-

kap

asit

et f

or

Cd

(𝑞

) [m

g/g

]

Andel løv-kompost i filtermediet [%]

FiltermediumSorpsjonskapasitet versus mengden løv-kompost

50% kompost

50% sand

30% kompost

70% sand

10% kompost

90% sand100% sand

SorbentSorpsjons-kapasitet [mg/kg]

Cd Cu Zn

Mulch - 654 3,124

Alumina catalyst 6 0 1

Activated bauxsol-coated sand 0 8 526

Bauxsol-coated sand 11 1 1,130

Fly ash 5 0 0

Granulated activated carbon 1 23 101

Granulated ferric hydroxide 3 12 69

Iron oxide-coated sand 0 15 140

Natural zeolite 0 1 85

Spinel 2 0 842

Olivine I - - 1,478

Olivine II 148 378 212

Limestone 1 70 65

Shell sand - 1,147 453

Zeolite 4 27 -

Compost type I (MNC1) 23 58 907

Compost type II (MNC2) 77 52 1,136

Sand 0 4 15

FiltermediumSorpsjonskapasitet for løv-kompost er typisk like bra eller

bedre enn andre sorbenter

Mettet h

ydrau

lisk kon

du

ktivitet (𝐾ℎ

)[cm

/h]

Sorp

sjo

ns-

kap

asit

et f

or

Cd

(𝑞

) [m

g/g

]

Andel løv-kompost i filtermediet [%]

FiltermediumInfiltrasjonskapasitet reduseres med økende mengde kompost

REN

SIN

G F

OR

LØ

STE

MET

ALL

ER

ANDEL LØV-KOMPOST IFT. SAND

INFILTR

ASJO

NSEV

NE

Andelen løv-kompost

dikterer rense-evne og

infiltrasjonsevne

FiltermediumSammenheng mellom rense-evne for metaller, infiltrasjonsevne

og andel løv-kompost

1 år 10 år 100 år

Gjennombrudd (10% CVF)



Gjennombrudd (sand)




Gjennombrudd (sand)

Gjennombrudd (felt-prøver)


Forventet driftstid på regnbed (dybde på 22 cm)

Sink

Kadmium

CVF = Compost Volume Fraction

(andel løv-compost ift. sand)

Regnbed: Forventet levetid

1 år 10 år 100 år




Gjennombrudd (sand)




Gjennombrudd (sand)



Tilstandsklasse 2 (god)



Sink

Kadmium

Tilstandsklasse 2 (god)Kobber



Regnbed: Forventet levetid

Resultater: Infiltrasjonsevne (mettet hydraulisk konduktivitet) over tid

Met

tet

hyd

rau

lisk

kon

du

ktiv

itet

(𝐾ℎ

)[c

m/t

]

Driftstid på regnbed (𝑆𝑇) [år]

2006 verdier (Asleson et al. 2009)

2010 verdier

Samme regnbed


𝑹𝟐 = 𝟎, 𝟔𝟕

Midlere hydraulisk

konduktivitet (𝑲𝒉) økte

med ca. 10 cm/t per år i

løpet av de seks første

årene.


Met

tet

hyd

rau

lisk

kon

du

ktiv

itet

(𝐾ℎ

)[c

m/t

]

Driftstid på regnbed (𝑆𝑇) [år]

2006 verdier (Asleson et al. 2009)

2010 verdier

Samme regnbed

1 år 10 år 100 år




Gjennombrudd (sand)




Gjennombrudd (sand)

Gjentetting






Sink

Kadmium

Infiltrasjonsevne

Tilstandsklasse 2 (god)Kobber

?



Resultater: Forventet levetid

RegnbedOptimalisering av renseprosesser for alle forurensningstyper:

Partikler, tungmetaller, organiske miljøgifter, fosfor, og nitrogen

Oslo commune (2016) Regnbed som renseløsning for forurenset vann, Faktaark om blågrønne løsninger

https://www.oslo.kommune.no/getfile.php/Innhold/Plan, bygg og eiendom/Veiledere, normer og skjemaer/Overvann - Regnbed som rensel%C3%B8sning.pdf

TRINN 1 TRINN 2 TRINN 3

Sikre trygge

flomveier

Fang opp og infiltrer

Forsink og fordrøy

Avrenning fra

mindre regn

Avrenning fra

store regnAvrenning fra

ekstreme regn

TRINN 0

Planlegging

Strategi for håndtering av overvann


Sikre trygge

flomveier


Forsink og fordrøy

Avrenning fra

mindre regn

Avrenning fra


ekstreme regn

TRINN 0

Planlegging


TEK10:

Overvann skal i

størst mulig grad

infiltreres eller på

annen måte

håndteres lokalt for

å sikre

vannbalansen i

området.

TEK10:

Bortledning av

overvann skal skje slik

at det ikke oppstår

oversvømmelse ved

dimensjonerende

regnintensitet.

Tilførselen av

overvann til

hovedledning skal

minimaliseres.

TEK10:

Når tilrenningen er større

en anleggets kapasitet,

skal overskytende

vannmengder bortledes

med minst mulig skade ved

anlegg av flomveier.

Grunneier må påregne

vannets naturlige løp over

sin grunn.


Sikre trygge

flomveier


Forsink og fordrøy

Avrenning fra

mindre regn

Avrenning fra


ekstreme regn

TRINN 0

Planlegging


TEK10:

Overvann skal i

størst mulig grad

infiltreres eller på

annen måte

håndteres lokalt for

å sikre

vannbalansen i

området.

TEK10:

Bortledning av

overvann skal skje slik

at det ikke oppstår

oversvømmelse ved

dimensjonerende

regnintensitet.

Tilførselen av

overvann til

hovedledning skal

minimaliseres.

TEK10:

Når tilrenningen er større

en anleggets kapasitet,

skal overskytende

vannmengder bortledes

med minst mulig skade ved

anlegg av flomveier.

Grunneier må påregne

vannets naturlige løp over

sin grunn.

Systemet fylles opp én gang per 20 år i fremtidens klima

Systemet fylles opp én gang per 200 år i fremtidens klima

Normal-Regn?

Regnm

en

gde [m

m/d

ag]

Forslag til grense for et trinn 1 «regn»

Et tiltak som dimensjoneres for 33 mm nedbør på 1 døgn vil håndtere 99 % av årsnedbøren

TRINN 1

Forslag til grense for et trinn 1 «regn»

TRINN 1

10 15 20 30 45 60 90 120 180 360 720 1440

Trin

n 1

65 % 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.6 1.8 2.5 3.9 5.5 7.2

80 % 0.5 0.7 0.9 1.3 1.6 2.0 2.8 3.1 4.1 6.4 8.9 11.5

90 % 1.1 1.3 1.7 2.3 2.9 3.4 4.6 5.1 6.5 9.6 13.4 16.8

95 % 2.0 2.4 3.0 3.7 4.6 5.5 6.8 7.7 9.4 13.1 18.1 22.0

99 % 5.2 6.7 8.2 9.8 12.0 16.1 17.5 20.0 21.4 25.0 30.0 33.4

Basert på minuttdata for nedbør i perioden 2006 til 2016 for Blindern, Oslo

Et tiltak som dimensjoneres for å håndtere en regnmengde på 21.4 mm vil kunne fange opp 99 % av årsnedbøren (forutsatt dimensjonerende regnvarighet på 180 min)

Eksempel: Dimensjoner nødvendig overflate påregnbed for å håndtere avrenningen fra et tetttrafikkert areal på 2400 m2 ( 𝐴 ). Anta atinfiltrasjonskapasiteten har verdi 15 cm/t (𝐾ℎ) og atmaksimal vannstand på overflaten før vannet går uti overløp er 30 cm (ℎ𝑚𝑎𝑘𝑠).

Regnvarighet (𝑡𝑟)

[min]

Trinn 2 (𝑷)

[mm]

Volum inn (𝑽𝒊𝒏𝒏)[m3]

Overflate (𝑨𝒓𝒆𝒈𝒏𝒃𝒆𝒅)

[m2]

10 21.1 50.7 156.1

15 27.0 64.8 192.1

20 31.6 75.9 217.0

30 37.8 90.7 241.9

45 45.4 108.9 263.9

60 49.1 117.9 262.1

90 48.0 115.2 219.5

120 51.2 123.0 205.0

180 56.6 135.7 181.0

360 63.8 153.2 127.7

𝐴𝑟𝑒𝑔𝑛𝑏𝑒𝑑 =𝑉𝑖𝑛𝑛

ℎ𝑚𝑎𝑘𝑠 + 𝐾ℎ ∙ 𝑡𝑟

Dimensjonering av regnbed for trinn 1 og 2 «regn»

𝑉𝑖𝑛𝑛 = 𝐴 ∙ 𝜑 ∙ 𝑃


[min]

Trinn 1 (𝑷)[m]



[m2]

10 5.2 12.4 38.2

15 6.7 16.0 47.4

20 8.2 19.6 56.1

30 9.8 23.6 62.8

45 12.0 28.8 69.9

60 16.1 38.6 85.8

90 17.5 42.0 80.0

120 20.0 47.9 79.9

180 21.4 51.4 68.5

360 25.0 60.1 50.1

Oslo commune (2016) Regnbed for lokal flomdemping, Faktaark om blågrønne løsninger

https://www.oslo.kommune.no/getfile.php/Innhold/Plan, bygg og eiendom/Veiledere, normer og skjemaer/Overvann - Regnbed for lokal flomdemping.pdf



[min]

Trinn 2 (𝑷)

[mm]



[m2]

10 19.6 47.1 145.0

15 25.1 60.2 178.4

20 29.4 70.5 201.5

30 35.1 84.2 224.6

45 42.1 101.1 245.1

60 45.6 109.5 243.4

90 44.6 107.0 203.8

120 47.6 114.2 190.3

180 52.5 126.0 168.1

360 59.3 142.3 118.6





Trinn 2: 20 år og KF = 1,4 Arealkrav: ~11 %



[min]

Trinn 1 (𝑷)[m]



[m2]

10 5.2 12.4 43.9

15 6.7 16.0 45.7

20 8.2 19.6 53.6

30 9.8 23.6 58.9

45 12.0 28.8 64.0

60 16.1 38.6 77.2

90 17.5 42.0 70.0

120 20.0 47.9 68.5

180 21.4 51.4 57.1

360 25.0 60.1 40.1

Trinn 1: 99 % Arealkrav: ~ 4 %




[min]

Trinn 2 (𝑷)

[mm]



[m2]

10 19.6 47.1 145.0

15 25.1 60.2 178.4

20 29.4 70.5 201.5

30 35.1 84.2 224.6

45 42.1 101.1 245.1

60 45.6 109.5 243.4

90 44.6 107.0 203.8

120 47.6 114.2 190.3

180 52.5 126.0 168.1

360 59.3 142.3 118.6





Trinn 2: 20 år og KF = 1,4 Arealkrav: ~11 %



[min]

Trinn 1 (𝑷)[m]



[m2]

10 5.2 12.4 43.9

15 6.7 16.0 45.7

20 8.2 19.6 53.6

30 9.8 23.6 58.9

45 12.0 28.8 64.0

60 16.1 38.6 77.2

90 17.5 42.0 70.0

120 20.0 47.9 68.5

180 21.4 51.4 57.1

360 25.0 60.1 40.1

Trinn 1: 95 % Arealkrav: ~ 1-2 %


transport og rensing av forurensning i urbant overvann · 2019-02-19 · • pah (> 90 %...

Documents