RIMBO VÅTMARK En förstudie på design och förväntad kväveavskiljning

RIMBO VÅTMARK En förstudie på design och förväntad kväveavskiljning Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet i miljö- och vattenteknik utfört av Maria Jaremalm och Johan Harrström på uppdrag av Norrtälje kommun

Disposition Målsättning Våtmark som reningsmetod Våtmarker i Sverige Områdets lämplighet - Topografi - Jordart - Grundvatten Maria Designförslag Slutsats Johan Kväverening Växtlighet Bottenutformning

Målsättning med våtmarken Kväverening Rekreation och utbildning Biologisk mångfald

Våtmarken som reningsmetod Fördelar: Låga driftskostnader Litet underhåll Naturlig process Stort mervärde i form av naturvärden och PR Nackdelar: Känslig vid etablering Ojämn rening över året Svårkontrollerad

Våtmarker i Sverige Våtmark Yta [ha] Teoretisk uppehållstid [dygn] Ytbelastning [mm/dygn] Total-N [mg/l] NH4-N [mg/l] Tot-P [mg/l] BOD 7 [mg/l] N-belastning och reduktion [ton/ha och år] P-belastning och reduktion [kg/ha och år] Oxelösund (1993) 24 6 21 Alhagen (1997) 28 14 17 Ekeby (1999) 28 7 155 Magle (1995) 20 6 57 Vagnhärad (2001) 2,3 5 48 Trosa (2003) 5,4 8 29 Rimbo 5,7 11 44 (dim. flöde) 35 (nuvarande) In: 23 Ut: 15 In: 37 Ut: 11 In: 20 ut:15 in: 20 ut:14 in: 22 ut:19 In: 17 Ut: 12 In: 37 Ut: 8,6 In: 5,4 ut:1,9 in: 5,8 ut:3,8 in: 11 ut: 10 In: 0,40 Ut: 0,04 In: 0,37 Ut: 0,12 In: 0,23 ut:0,10 in: 0,15 ut:0,11 in: 1,0 ut: 0,07 In: 21,9 Ut: 3,9 In: 37,9 Ut: 4,8 In: 5,2 ut:4,7 in: 2,4 ut:4,8 in: 7 ut: 2 1,7 0,7 (39%) 1,6 1,1 (70%) 6,3 1,5 (23%) 4,2 1,2 (29%) 4,8 1,1 (24%) 30 27 (90%) 17 12 (64%) 77 41 (54%) 33 10 (31%) 477 443 (93%) in: 22 in: 20 in: 0,3 in: 10,3 2,2 30 ut:14 ut:7,5 ut:0,07 ut:1,6 0,9 (42%) 24 (79%) in: 16,7 in: 2,7 in: 0,17 in: 3,7 2,15 22

Undersökning av området Gyttjelera, På kommunens kräver mark eventuellt tätning. Nära reningsverket och ån, Nivåskillnad tryckpotential borrhål på 3 bäck: m 0,5 0,9 m Inga stora sprickzoner Plant men belagt med muddermassor Ytterliggare geoteknisk undersökning nödvändig

Tre principer Designförslag Djupzoner Undervattensvallar (2 dammar) Verktyg GIS Arcmap 9 Modell - Matlab

Verktyg för utvärdering 1. Hydraulisk effektiviet λ = T peak / T nominell T nominell = volym/flöde 2. Integrera intern hydraulik med kemisk kväveomvandling

GIS ArcMap 9 Indata till Matlabmodellen: Bottentopografi Friktionsfaktor

Matlab modellen x 10 6 Hastighetsvektorer y-koordinat 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 1.6447 x-koordinat x 10 6 x 10 6 Hastighetsvektorer x 10 6 Hastighetsvektorer 6.6275 6.6275 6.6275 y-koordinat y-koordinat 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 x-koordinat x 10 6 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 1.6448 x-koordinat x 10 6

Matlab modellen 6.6275 x 106 Partikelbanor Position [m] 6.6272 6.6272 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 Position [m] x 10 6

Resultat generell studie Undervattensvallar behöver ett vattendjup på minst 1 m. Djupzoner kan vara bra med rätt placering. Speciellt vid kanalbildning

Resultat- Platsspecifik design 6.6275 x 106 Partikelbanor Position [m] 6.6272 6.6272 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 Position [m] x 10 6 Modell Hydraulisk effektivitet A (grundmodellen) 0,491

Resultat- Platsspecifik design 6 6 6.6275 A x 10 x 10 Partikelbanor Partikelbanor 6.6275 6.6272 6.6272 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 6 Position [m] x 10 Position [m] Position [m] 1.64471.64471.64471.64471.64471.64481.64481.64481.64481.64481.6449 6 Position [m] x 10 Modell A (grundmodellen) B (djupzon i övre delen) Hydraulisk effektivitet 0,491 0,510

Resultat- Platsspecifik design 6 6.6275 A x 10 Partikelbanor Position [m] 6.6272 6.6272 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 6 Position [m] x 10 6 x 10 Partikelbanor 6.6275 B Position [m] 1.64471.64471.64471.64471.64471.64481.64481.64481.64481.64481.6449 6 Position [m] x 10 Modell Hydraulisk effektivitet A (grundmodellen) B (djupzon i övre delen) C (flera flytväggar i nedre delen) Hela våtmarken Denitrifikationsdelen 0,491 0,563 0,510 0,561 0,601 0,607

Resultat- Platsspecifik design 6 6.6275 A x 10 6 Partikelbanor 6.6275 x 10 trajectory paths Position [m] 6.6272 6.6272 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 6 Position [m] x 10 Partikelbanor 6.6275 B Position [m] position [m] 6 x 10 6.6272 1.64471.64471.64471.64471.64471.64481.64481.64481.64481.64481.6449 6 Position [m] x 10 6.6272 C 1.6445 1.6445 1.6446 1.6446 1.6446 1.6447 1.6447 1.6448 1.6448 1.6449 6 position [m] x 10 Modell Hydraulisk effektivitet A (grundmodellen) B (djupzon i övre delen) C (flera flytväggar i nedre delen) D1 (djupzon + flyvägg i nedre delen) D2 (nuvarande flöde) Hela våtmarken Denitrifikationsdelen 0,491 0,563 0,510 0,561 0,601 0,607 0,676 0,743 0,798 0,909

Slutsats Designförslag där massbalans av lermassor uppnås

Våtmarken som kvävefälla Nitrifikation NH 4 + ΝΟ 2 ΝΟ 3 Syrekrävande Denitrifikation NO 3 - NO 2 - NO (g) N 2 O (g) N 2 (g) Syreinhiberad Sedimentering Växtupptag Denitrifikation Mikrobiell process Var: Sediment, påväxtsamhällen och vattenkolumnen Beroende av Syrefri miljö Kol som elektronacceptor Fästytor för bakterierna Nitrattillförsel

Modelluppbyggnad - massbalansmodell Boxmodell, enkel att implementera Box 1 och 2, borttaget kväve Box 3, 5 mm är vattenboxar Box 4, 6 mm. Är sediment där utbyte kan ske dm dt 5 = Q 35 + Q 75 + Q 65 Q 53 Q 51 Q 57 Q 56 Q - representerar flödet mellan boxar, d = avstånd mellan centrum av boxar

Utbytesprocesser Advektivt pumputbyte med sedimentet Högre och längre struktur = högre utbyteshastighet H = våghöjd Lambda = våglängd Utbytet med sediment är en viktig parameter för våtmark Processer: advektion, molekylär diffusion, partikulär sedimentation, denitrifikation och advektivt pumputbyte Denitrifikation uppmätt från Ekeby = 3,31 mg N/m 3 & s

Slutsatser modellering Överskattar denitrifikation från vattnet. Kan inte visa att våtmarken fungerar Andra utbytesprocesser Vågformad botten inte aktuellt i Rimbo våtmark Sedimentet har stor outnyttjad denitrifikationspotential Vad händer i slamskiktet

Våtmark Uppskattning av kväverening N- belastning och reduktion [ton/ha & år] Oxelösund 1,7 0,7 (39%) Alhagen, 1,6 Nynäshamn 1,1 (70%) 6,3 Ekeby Eskilstuna 1,5 (23%) Magle, Hässleholm 4,2 1,2 (29%) Vagnhärad 4,8 1,1 (24%) Trosa 2,2 0,9 (42%) Söderhamn, 8,4 Granskärs våtmark 1,8(20%) Reduktionsbehov Rimbo våtmark 5 ha Vid nuvarande belastning och en sänkning från 16,7 14 mg N/l: 392 kg N/ha & år Vid full belastning (9500 pe): 520 kg N/ha & år Max.värdet 23 mg N/l sänks till 15: 1523 kg N/ha & år

Växtlighet Tre uppgifter i Rimbo Främja denitrifikationen Organisk kolkälla Fästyta för bakteriesamhällen Styra hydrauliken Locka fåglar och djur Fröproduktion Skydd Estetiskt värde

Växters roll i denitrifikationen Denitrifierande våtmark kräver mycket kol Hög C/N-kvot för kolkälla hela året Väldigt viktigt med etablering, tåliga sorter Ge stora fästytor till bakterier Denitrifikation främst nattetid Fästyta per våtmarksyta viktig parameter Lämpligaste växtslag: Vass tex. kaveldun, jättegröe och rörflen kräver grunda vatten, 0,3-0,6 meter medan bladvass tåligare

Rimbo Våtmark Damm I denitrifikations del, grund, tätt beväxt med främst vass Damm II Öppen vattenspegel 1,5-2 m djup med fågelö Tex. Fågeltorn gångbroar mm.

Rimbo Våtmark Damm I denitrifikationsdel, grund, tätt beväxt med främst Bladvass, men även Kaveldun Rörflen Jättegröe

Rimbo Våtmark Damm I denitrifikationsdel, grund, tätt beväxt med främst Bladvass, men även Kaveldun Rörflen Jättegröe

Damm II Publik damm med öppet vatten med ö, 1,5 2 m djup kantad av starr, vass och blommande växter Starrväxter, för fåglar Flaskstarr Vasstarr Även tex. Vattenmynta Rimbo Våtmark

Rimbo Våtmark

Slutsats En våtmark i Rimbo kommer, rätt beväxt, att uppnå kvävereningsmålet på 15 mg tot-n/l. Våtmarken blir tillsammans med Kundbysjön, ett trevligt promenadstråk med rikt fågel- och växtliv. Den kan även användas som undervisningslokal för skolelever och allmänhet. Andra alternativ bör undersökas.