Fremmedvann i avløpsnettet
Transcription
Fremmedvann i avløpsnettet
360 grader 2012 Fremmedvann i avløpsnettet Oddvar Lindholm Institutt for matematiske realfag og teknologi UMB Innlekkasjer til avløpsrør via skjøter Hva er fremmedvann? Type fremmedvann Spillvannsledning i separatsystemer Ved feilkoblinger Drensvann fra bygninger Overvann fra overflater Ved feilkoblinger, via kumlokk etc. Grunnvannsinnlekking til avløpsledning eller kummer Fellesavløpssystemledninger Planlagt Planlagt Ikke planlagt Ikke planlagt Utlekket drikkevann til Ikke planlagt avløpsledning eller kum Ikke planlagt Hovedutfordring - vann på avveie 67 % fremmedvann til RA Kilde: Godt Vann Drammensregionen GVD Fremdwasser wird nach DIN EN 752-1 (1995) als „unerwünschter Abfluss in einem Entwässerungssystem“ bezeichnet. Andel overvann per år til noen svenske anlegg. (Bäckman m.fl., 1997) Kommune/ Anlegg Hasslö Stockholm Fillan Bromma Göteborg Rya Antall Pe 1400 819 000 18 300 177 000 430 000 % fellessystem % overvann av totalt via avløpsnett fellessystemet per år til renseanlegget 15 59 10 27 33 2 6 2 3 6 Hva er problemet med fremmedvann? Type problem Spillvannsledning i separatsystemer Fellesavløpssystemledninger Opptar kapasitet i ledningen Ja Nei, vanligvis ikke (kan f.eks bli tilbakeslag i kjellere) noe stort problem Økt utslipp via regnvannsoverløp Økt utslipp i nødoverløp i pumpestasjoner Nei Ja Ja Ja, i enkelte avløpsnett Opptar kapasitet i renseanlegget (oppholdstider) Frakter med forurensninger ut av renseanlegg Økte kostnader til drift og investeringer Ja Ja Ja Ja Ja Ja Utspädningsgrad, USG = (tillskottsvatten + spillvatten) / spillvatten]. USG är ett mått på mängd tillskottsvatten. USG = 2,0 tilsvarer 50 % fremmedvann i forhold til total mengde inn USG = 2,2 tilsvarer 54 % fremmedvann i forhold til total mengde inn 22 – 29 l/m ledning og døgn = ca. 0,3 l/s km ledning What is an excessive infiltration rate in USA? According to EPA: Data from 270 cities shows the USA average for dry weather flow (DWF) is 120 gallons per capita per day (gpcd). This includes domestic wastewater flow, infiltration and nominal industrial and commercial flows. This average DWF should be used as an indicator to determine the limit of nonexcessive infiltration. If the average daily flow per capita is less than 120 gpcd (i.e., a 7-14 day average measured during periods of seasonal high groundwater), the amount of infiltration is considered non-excessive. More DWF than 454 l/p d is excessive infiltration VEAS = 516 l/p d, Bekkelaget renseanlegg = 595 l/ p d, Høvringen Tr.heim = 640 l/pd I USA antas at ca. 40 % av fremmedvannet kommer fra privat drenering/ledninger Frekvensfordelingsfunksjon for Tot. P i innløpet på 473 anlegg norske avløpsrenseanlegg i 2008 100 90 80 % av alle anlegg 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Innløpskonsentrasjon på Tot. P mg/l 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 Andelen fremmedvann (FV, %) er også testet slik: FV = ( Phush Pannet Ci Qhush Qannet Phush Pannet Qhush Qannet ) 100 Beregnet fremmedvann på noen store anlegg i 2008 Renseanlegg VEAS Bekkelaget Sentralrenseanlegget SNJ Høvringen RA-2 Renseanlegg Øra Holen Bergen TAU Vallø Hias IKS Ladehammeren Alvim renseanlegg Knappen Bergen Knarrdalsstrand Solumstrand renseanlegg Flesland Bergen Forutsatt 1,8 g P / p d og 160 l/ p d Personer (pe) Konsentrasjon inn mg Tot-P per liter 504 029 272 534 213 000 110 232 100 296 72 985 67 800 59 594 58 395 52 948 49 542 49 100 46 634 45 539 42 000 3,66 3,62 3,49 3,4 3,6 2,61 1,98 4,11 6,87 5,5 3,04 2,63 1,63 3,06 3,49 Beregnet fremmedvann % 67,5 67,8 69 69,8 68,0 76,8 82 63,5 38,9 51,1 73,0 76 85,5 72,8 69 Innløpskonsentrasjon i 15 store norske renseanlegg vs. antall personer tilknyttet. Fremmedvann til norske avløpsrenseanlegg • Mer enn 50 % av anleggene har mer enn 50 % fremmedvann • Basert på personbetraktninger har mer enn 50 % av befolkningen nærmere 60 % fremmedvann i sine respektive avløpsrenseanlegg Spillvann Fremmedvann Store ekstra investeringer • Avløpsrenseanlegg må bygges ut raskere og helt nye renseanlegg bygges. (Hadde fremmedvannet blitt drastisk redusert på VEAS og Bekkelaget RA, ville man slippe å bygge et nytt stort anlegg til milliarder av kr. • Mange enhetsprosesser, utstyr og anleggsdeler må dimensjoneres for dobbelt belastning pga. fremmedvann. Vannhygiene? Et fellesavløpssystem - Prinsippskisse Overløp i fellessystemer er nødvendig fordi overvannsmengdene kan bli så enorme at nedenforliggende ledninger og renseanlegg ikke klarer å ta imot de store avløpsmengdene. Fra avløpsfeltet QT QT Til renseanlegg QT = QS + Qinf + Qovervann Qovervann = I x φ x A IKRITISK = (QTKRITISK – QS – Qinf ) / (φ x A) Fra overløp til resipient Varighetskurve for nedbør - Sandefjord Eksempel på virkningen av en reduksjon i fremmedvannmengden på overløpets funksjon Areal avløpsfelt = 28 ha Avrenningskoeffisient = 0,38 Antall personer = 2000 Videreført vannføring fra overløp = 45 l/s Avløpsmengde per person = 160 l/p d Annet legalt avløp = 70 l/p d Total spillvannsmengde per person = 230 l/p d Fremmedvannmengden reduseres fra 320 l/p d til 100 l/p d Varighetskurven for nedbøren i Sandefjord er brukt i beregningene Beregningsforutsetninger og betydningen for overløpsfunksjonen Parameter Alternativ 1 Alternativ 2 Husholdningsavløp (160 l/pd) + annet ”legalt” avløp 230 l/p d 230 l/p d Fremmedvannmengden 320 l/p d 100 l/p d Totalt avløp i tørrvær 550 l/p d 330 l/p d Fremmedvannmengden i % av totalen 58 % 30 % Videreført avløp fra overløpet 45 l/s 45 l/s Total Q (spillvann + infiltrasjonsvann) i tørrvær 12,7 l/s 7,6 l/s Fortynningsfaktoren når overløpet starter (n) 3,5 Ca 6 Overløpet er i drift (med Sandefjords nedbørdata) 220 timer/år 185 timer/år Kritisk regnintensitet når overløpet starter Ca 3,0 l/s ha Ca 3,5 l/s ha Vannrammedirektivet: ”Alle vannforekomster skal minst ha en god økologisk og kjemisk tilstand, innen 2015 ” (Mange må nok få utsettelse til 2021) Skal denne målsettingen nås, må det settes inn en betydelig innsats på avløpsnettene Utslipp til Indre Oslofjord Utslipp av fosfor Tot P Kildetype Renseanleggenes restutslipp Større hovedoverløp foran renseanlegg og på tunneler Elver og bekker med bl.a. lokale overløp i avløpsnett Fra arealer og overvann Båttrafikk Atmosfæren Samlet Gjennomsnitt tonn/år 36 9,1 24,2 7,3 0,34 3,8 81 Undersøkelserav fremmedvann i avløpsnettene i Norden (UMB og Norsk Vann september 2011) Fremmedvann i l/p døgn De 15 største avløpsanleggene i Norge (1,7 mill pers) De 15 største anleggene i Sverige (3,7 mill pers) De 15 største anlegg i Danmark (2,54 mill pe) De 8 største anleggene i Finland (1,8 mill pers) Ca. 300 Fremmedvann i % av totalt inn per år 68 58 Ca. 68 23 29 Omfang av fellesavløpssystem 22 % av alle spillvannsførende ledninger Anslår ca 15 - 20 % Ca 50 % av kloakkert areal i tettsteder Anslår ca 10 – 15 % Innløpskonsentrasjoner i 2009 av Tot P for de største renseanleggene Hva koster fremmedvannet Norge? Et tankeeksperiment Kostnadspost og forutsetninger mill kr per år 250 l/p d, 4 mill. pe, og 80 øre /m3 i marginalkostand i snitt for el, kjem, etc (Driftskostnadene totalt på avløp er ca. 3 milliarder/år) Ca 300 Antar 50 % av fosforutslippene skjer til områder som må redusere P i h.h.t. Vanndirektivet. Antar 4000 kr/kg P som fjernes. Antar 0,2 mg P/l i effluenten Ca 150 Investeringene på avløpssektoren antas å være ca 2,5 milliarder kr/år. Hvis 10 % av dette kunne vært spart ved minimalt med fremmedvann (Kapitalkostnadene på avløp er ca 2 milliarder/år) (Ved behov for økt rensekapasitet blir tallene meget store) Ca 250 Andre ulemper (hygienerisiko, m.m. ?) ? Totale kostnader per år pga fremmedvann Mer enn 700? Innledende studier kan inneholde f.eks: -Beskrivelse av avløpssystemets komponenter. -Spillvannsproduksjon fra boliger, næringer, off institusjoner etc. i utvalgte delfelt -Grunnvannsnivåer målt over lengre perioder -Stikkprøvemålinger for vannføring og temperatur langs hovedstrenger -Kontinuerlig vannføringsmåling i avløpsnett med tilhørende nedbørmåling i feltet -Grovbestemmelse av infiltrasjons- og innlekkasjevannmengder -Anbefalinger for videre undersøkelser hvis dette er nødvendig Bakgrunnsmaterialet kan være tidligere tekniske analyser, databaser, intervjuer med fagfolk som kjenner nettet, drift- og vedlikeholdsdokumenter, målinger og analyser for avløpsrenseanlegg og pumpestasjoner, tilstandsrapporter Hvis forundersøkelser viser at grundigere analyser må gjøres, kan programmet være som følger -Inspeksjon av kummer (Ca minimum 10 % av kummene) -Valg av målekummer for øyeblikkelige vannføringsmålinger og kummer for kontinuerlige målinger. -Målinger av grunnvannsnivåer i de inspiserte kummer (kan gjøres enkelt ved å se hvor høyt opp kumringene er våte, eller hvor høyt vanndamp er kondensert, eller med piezometermålere gjennom kumvegg el.). Det bør måles vannføringer i minst 10 sammenhengende uker, men pga. varierende nedbør, temperatur og grunnvannstandnivå, bør vannføringer måles kontinuerlig over et helt år. Hydrologiske forhold varierer mye fra år til år, så vannføringsmålinger i helt opp til 3 – 4 år er best. Nedbør må måles samtidig med høy tidsoppløsning i feltet. Data bør innhentes fra grunnvannsmålingene minst hver 2. uke. På basis av målingene ønsker man å finne: -”Maksimal infiltrasjonsmengde” som er gjennomsnittet av infiltrasjonen over noen dager med perioder med høy grunnvannstand. -”Minimum infiltrasjonsmengde” som er gjennomsnittet av infiltrasjonen over noen dager med perioder med lav grunnvannstand. -Årlig gjennomsnittlig infiltrasjonsmengde. -”Direkte nedbørbetingede innlekkasjer”. (overvann som renner direkte til spillvannsledningene via feilkoblinger på taknedløp, kumlukk, garasjenedfarter, m.m.) -”Forsinkede nedbørbetingede innlekkasjer”. (drensvann fra bygninger eller andre drensledninger, el. -”Indirekte nedbørbetingt infiltrasjonsvann”. (deler av nedbøren perkolerer til grunnvannet og hever grunnvannsspeilet). Hva kan senke fremmedvannstilførselen til renseanleggene? Mulige tiltak Separatsyst Fellessyst Minke drikkevannslekkasjene Ja Ja Fjerne feilkoblinger Ja Nei Fjerne muligheter for overlekking/innlekking i kummer Ja Ja Tette kummer, fornye/rehabilitere kummer Ja Ja Tette rørskjøter Ja Ja Fornye/rehabilitere rør Ja Ja Separere fellessystem Nei Ja Bruke mer LOD-metoder Nei Ja Senke grunnvannspeilet lokalt m ny drensledning eller grunnvannspumpe Ja Ja Få bort husdreneringer fra spillvannsførende ledning Ja Ja Konklusjon: Fremmedvann/infiltrasjon. A) Øker hydraulisk belastning på renseanleggene, som gir mindre oppholdstid, dårligere sedimentering og økte kostnader for pumping og rensekjemikalier. B) Fremmedvannet tar med forurensninger ut gjennom renseanlegget via øket gjennomstrømning. Utslippet i kg P/år er proporsjonalt med vannmengden gjennom anlegget. C) Minker tilgjengelig kapasitet i transportsystemet og -ledningskapasiteten kan bli for liten, (kjelleroversvømmelser, nye rør må legges, mm) -overløp og nødoverløp trer oftere i kraft og overløpsutslippene øker. D) Lekkasjene av avløpsvann ut av avløpssystemet øker via sprekker og dårlige rørskjøter. E) Større investeringer pga større dimensjoner på transport- og renseanlegg. Takk for oppmerksomheten! UMB - DET LEVENDE UNIVERSITET