Sedimentering

Tillämpning

Sedimentering kan tillämpas för både organiska och oorganiska föroreningsämnen, men fungerar generellt bättre för tyngre/svårlösliga organiska ämnen och metaller än för relativt lättlösliga organiska ämnen. Exempel på ämnen/ämnesgrupper som i hög grad kan avskiljas med hjälp av sedimentering är PAH, PCB, dioxin, organiska pesticider, metaller och metallorganiska föreningar. I sitt enklaste utförande innebär sedimentering att partikelbundna föroreningar sedimenterar då ett strömmande vatten ”bromsas upp” i någon form av fördämning, t.ex. en slamlagun eller en sedimentationsbassäng. Eftersom länsvatten från schakter ofta innehåller rikligt med suspenderat material är sedimentation i en anlagd damm/bassäng i flera fall en lämplig metod för att rena länsvatten före utsläpp till recipient eller dagvattennät. Ett alternativ till sedimentationsdamm/bassäng är lamellsedimenteringsteknik inbyggd i container.

Behandlingsprinciper

Det finns två huvudtyper av sedimenteringsmetoder för att avskilja föroreningar från ett strömmande eller stillastående vatten:

  • Partikelavskiljande sedimentering
  • Fällnings- och flockningsteknik

Partikelavskiljande sedimentering är baserad på att föroreningen är i suspension/partikelfas. När det strömmande vattnet rinner ut i en lugnare vattenmiljö kommer partiklarna att sedimentera till botten och renat vatten kan släppas ut till recipient eller vid behov passera kompletterande reningssteg.  

Fällnings- och flockningsteknik innebär att pH-justerande additiv tillsätts till vattnet för att lösta föroreningsämnen ska övergå i partikelfas och sedimentera i en lugn vattenmiljö. Utöver pH-justerande vätska kan även fällningskemikalier tillsättas varvid små partiklar, som i vanliga fall tar mycket lång tid att sedimentera, slås samman till större aggregat som på grund av sin tyngd lättare kan sedimentera.

Vid behandling av förorenat länsvatten från saneringsschakter används främst partikelavskiljande sedimentering. Kemisk fällning är vanligare vid till exempel muddringsprojekt där avvattning av förorenade sediment ofta ger ett förorenat vatten med hög halt av fina partiklar som annars skulle kräva lång tid för att sedimentera.

Tekniskt utförande

Vanligen anläggs en sedimentationsbassäng i nära anslutning till schaktområdet. Länsvatten pumpas till bassängen där partiklar får sedimentera. Bassängen förses med ett bräddavlopp med avledning till recipient eller dagvatten, se Figur 1. Vid mindre vattenflöden kan en sedimentationscontainer baserad på lamellsedimenteringsteknik utgöra ett alternativ till damm/bassäng, se Figur 2.

 

sedimentering foto

Figur 1: En konventionell sedimentationsdamm vid efterbehandling av ett förorenat markområde.

Sedimenteringslösningar dimensioneras i allmänhet med hjälp av Hazens ytbelastningsteori varvid sedimentation förutsätts ske under huvudsakligen laminära/icke-turbulenta strömningsför-hållanden (1). Med ytbelastning avses vattenflödet dividerat med containerns eller bassängens bottenyta:

q = Q/A
där, 
q =ytbelastningen (m/h)
Q =vattenflödet (m3/h)
A=sedimentationsytan (t.ex. bassängytan eller den totala lamellytan i en sedimentationscontainer)

I korthet innebär Hazens ytbelastningsteori att samtliga partiklar med en sedimentationshastighet (m/s) lika med eller överstigande ytbelastningen (m/s) kommer att sedimentera, d.v.s. ackumulera på sedimentationsdammens botten (1). Partiklar med en sedimentationshastighet underskridande ytbelastningen kommer att förbli svävande i vattnet och följa med vattnet ut via bräddavloppet. Ur den förhållandevis enkla ekvationen ovan kan slutsatsen dras att sedimentationsytan bör vara så stor som möjligt. Detta kan dock vara svårt att åstadkomma en tillräckligt stor bassäng då utrymmet vid ett förorenat område kan vara begränsat.

En metod att väsentligt utöka sedimentationsytan utan att behöva anlägga en större dammanläggning är s.k. lamellsedimenteringsteknik, se figur 1. Lamellsedimentering innebär att det förorenade vattnet leds via ett antal snedställda lameller och därefter vidare till ett bräddavlopp. Lamellerna sänker vattenflödet och ökar sedimentationsytan. Partiklarna ansamlas på lamellernas ytor. Tack vare den kraftiga lutningen hos lamellerna (55–60 o relativt horisontalplanet) glider partiklarna av och ackumuleras i botten av sedimentationscontainern. (2)

 

lamell OA

Figur 1. Lamellsedimenteringsteknik. Tekniken bygger på att det förorenade vattnet leds via ett antal snedställda lameller och därefter vidare till ett bräddavlopp. Lamellerna sänker vattenhastigheten och ökar sedimentationsytan. Partiklarna ansamlas på lamellernas ytor. Tack vare den kraftiga lutningen hos lamellerna (55-60 o relativt horisontalplanet) glider partiklarna av och ackmuleras på botten av bassängen eller sedimentationscontainern.

Partikelstorleken har stor betydelse för sedimentationshastigheten. För ler- och siltpartiklar kan sedimentationshastigheten uppgå till flera dygn även i ett stillastående vatten.  För partikelstorlekar överstigande 20 µm (=finsilt) har djupet på sedimentationsbassängen eller lamellsedimenteringscontainern ingen större praktisk betydelse för sedimentationsprocessen Djupet måste dock anpassas för att motverka slamflykt till följd av strömmande vatten. För partikelstorlekar från 20 µm bedöms ett vattendjup av en meter ovanför sedimentytan/slamlagret vara tillräckligt för att hindra slamflykt (3).

Ett viktigt moment vid tillämpning av partikelavskiljande sedimentering är slamhanteringen. Om sediment ej behöver tömmas förrän projektet är avslutat så kan man låta sedimenten torka ut på plats och sedan gräva ur dammen. Om sedimenten behöver tömmas under drift så behöver man använda metoder som minimerar slammets vattenhalt och minskar risken för sedimentflykt. En vanlig metod för att göra det är att genomföra sugmuddring för att ”lyfta slammet” från sedimentationsdammens botten. Med sugmuddring kan sughastigheten anpassas så att mängden vatten som ”sugs upp” blir så liten som möjligt. Sugmuddring utförs i allmänhet med ett GPS-styrt munstycke som sveper strax över sedimentets överyta. Slammet överförs till en container där ytterligare avvattning sker. För slutlig avvattning nyttjas oftast en kammarfilter- eller silbandspress med vars hjälp slammets torrsubstanshalt kan ökas från cirka 10 % till överstigande 30 %. Slammet är därefter möjligt att deponera vid antingen en deponi för farligt avfall eller icke-farligt avfall. Detta under förutsättning att gällande mottagningskriterier enligt NFS 2004:10 för farligt avfall eller icke-farligt avfall uppfylls vilket säkerställs med hjälp av standardiserade lakförsök i på laboratorium. (4)

Tömning av slammet i en lamellsedimentationscontainer sker ofta underifrån via specialanpassade dräneringsrör i kombination med vakuumsugningsteknik. Generellt kan en högre TS-halt erhållas i det slam som ackumuleras på botten av en lamellsedimentationscontainer än i en sedimentationsdamm genom den kraftigt ökade sedimentationsytan i förhållande till vattenflödet.

Reduktionsgraden vid tillämpning av konventionell partikelavskiljande sedimentation varierar inom relativt breda intervall, till stor del beroende av storleken hos de partiklar som föreligger i det förorenade vattnet. En generell iakttagelse är att reduktionsgraden är relativt låg för lerfraktion och kollioder eftersom partiklar av lerfraktion kan erfordra flera dygns uppehållstid för att sedimentera (2). För silt- och sandfraktion där sedimentationshastigheten uppgår till mellan cirka 30 timmar och ”några få minuter” är reduktionsgraden för partikelbundna föroreningar emellertid närmare 100 %.

Vid tillämpning av enbart partikelavskiljande sedimentation erhålls således mycket begränsad reningseffekt för vattenlösta eller kolloidbundna föroreningsämnen.

Vid tillämpning av fällnings- och flockningsteknik med hjälp av pH-justerande vätskor och fällningskemikalier kan lerfraktion och kolloider bringas att bilda aggregat vilka sedimenterar snabbare än ytbelastningshastigheten, varigenom en högre avskiljningsgrad även erhålls för föroreningar bundna till lerfraktion eller kolloider (3).

 

Vanliga metodkombinationer

Sedimenteringsteknik kombineras ofta med vattenrening i kolfilter eller markfilter för att ytterligare rena utgående vatten. Sedimentering i form av slamavskiljning ingår även som behandlingssteg vid gravimetrisk oljeavskiljning samt ofta som ett förbehandlingssteg för att reducera höga järn- och manganhalter inför luftinjektering för avdrivning av VOC (stripping).  

 

Projekteringsaspekter och dimensionering

Exempel på viktiga projekteringsaspekter är:

  • Förväntat flöde. Högre flöde erfordrar större sedimenteringsyta. Rör det sig om länsvatten bör hänsyn tas till att flödet kan variera kraftigt beroende på nederbörd, och att sedimentationsanläggningen behöver dimensioneras för att kunna hantera det maximala flödet.
  • Suspensionens partikelstorlek. Kolloider och lerfraktion är svåra att avskilja med enbart partikelavskiljande sedimentering, varför fällningskemikalier kan behöva tillsättas.
  • Föroreningens fasfördelning mellan partikelfas och vattenlöslig fas. Vattenlösta föroreningar erfordrar tillämpning av mer avancerad sedimenteringsteknik som t.ex. kemisk fällning och flockningsteknik, alternativt ett efterföljande reningssteg som t.ex. kolfilter.
  • Plats/utrymme för anläggande av sedimentationsdamm, alternativt sedimentations-container baserad på lamellsedimentering.
  • Behov av att bygga in eller täcka sedimentationsanläggningen för att den ska kunna fungera även vintertid.
  • Recipientförhållanden och anslutningspolicy. I allmänhet leds det behandlade vattnet vidare till dagvattennätet eller till en närbelägen recipient.  Vid projektering måste hänsyn tas till vilka krav som gäller för utsläpp till dagvattennätet eller berörda recipienter. Detta varierar ofta från kommun till kommun varför den gällande kommunala anslutningspolicyn måste beaktas. En beräkning av föroreningsbelastningen kan behöva utföras.

Drift, kontroll och uppföljning

En plan för tömning och omhändertagande av slam/sediment måste upprättas innan anläggningen tas i drift. För att klarlägga reningseffekten behöver prover tas regelbundet på ingående respektive utgående vatten. Då det behandlade vattnet leds till närbelägen recipient kan ytvattenprovtagning nedströms sedimentationsdammen vara aktuell att utföra i enlighet med ett för anläggningen upprättat kontrollprogram. På omhändertaget och tillfälligt lagrat sediment kan fastfasanalyser och lakförsök vara nödvändiga att utföra i samband med avfallskarakterisering.

Miljö- och hälsoaspekter

Vid sedimentering fås ett slam/sediment som kan innebära en risk för både miljö och hälsa om det hanteras fel, och som behöver omhändertas som avfall. Beroende på vilka föroreningar som finns i vattnet och efterföljande reningssteg kan även vattnet som passerar sedimentationsanläggningen innehålla höga halter av föroreningar vilka sprids vidare till omgivningsmiljön. Det är därför viktigt att regelbundet kontrollera det vatten som släpps ut till recipient.  Sedimentationsdammar som inte är inhägnade kan dessutom medföra en risk för drunkningsolyckor. Ofta krävs inhägnad för att minska tillgängligheten.

För behov av skyddsutrustning och arbetsmiljöfrågor i samband med efterbehandling av förorenade områden hänvisas läsaren till Arbetsmiljöverkets rapport ”Marksanering - om hälsa och säkerhet vid arbete i förorenade områden (H359)” som tagits fram i samarbete med SGF.  

 

Kostnadsaspekter

Anläggningskostnaden är ofta styrande för totalkostnaden, men detta förhållande kan ändras beroende på i vilken utsträckning fällningskemikalier och flockningsmedel behöver tillsättas det förorenade vattnet. Partikelavskiljande sedimentation kan i regel utföras till väsentligt lägre kostnad än sedimentation baserad på kemisk fällning och flockning. Även pumpflödet påverkar totalkostnaden eftersom ett högt vattenflöde kräver en större sedimentationsyta. Däremot behöver dammen sällan vara särskilt djup. Ofta är ett vattendjup av en meter tillräckligt för att motverka slamflykt (3).

Ytterligare en viktig kostnadspåverkande faktor vid såväl partikelavskiljande sedimentation som vid tillämpning av fällnings- och flockningsteknik är om slammet kan omhändertas som icke-farligt eller farligt avfall. Medelkostnaden för deponering av farligt avfall (FA) ligger i allmänhet kring 1000 kr/ton, medan kostnaden för deponering av icke-farligt avfall (IFA) varierar mellan 200–500 kr/ton (5).

För- och nackdelar

Fördelar

  • Beprövad teknik med hög kommersiell tillgänglighet.
  • Hög reduktionsgrad för partikelbundna föroreningar.
  • Litet behov av drift och skötsel vid tillämpning av enbart partikelavskiljande sedimentation

Nackdelar

  • Har begränsad effekt på flyktiga och/eller vattenlösliga ämnen.
  • Begränsad effekt på kolloidbundna föroreningar med långsam sedimentationshastighet.
  • Ett slam/sediment uppkommer som måste omhändertas som avfall.
  • Kräver stor areal/plats vid hantering av höga flöden.  

 

Referenser

(1) Hazen, A, 1904: ”On sedimentation”. Transactions, ASCE, Vol.53, p.45 

(2) Magnusson & Norin, 2013: Hantering av länsvatten i anläggningsprojekt. Användbar teknik och upphandlingsfrågor. SBUF ID 12 655. 

(3) Pitt, R., Clark, S., & Lake, D, 2006: Construction site erosion and sediment controls. Planning, design and performance. ISBN-13: 978-1932078381 

(4) Helldén, J & Juvonen, B m.fl., 2006: Åtgärdslösningar-Erfarenheter och tillgängliga metoder. Hållbar sanering. Naturvårdsverket rapport nr 5637. December 2006. 

(5) Helldén, J, 2016: Kurs i marksanering. EMG-Umeå Universitet. Utbildning för miljö- och hälsoskyddsinspektörer.