Med rotzonsanläggning menas en bevuxen (vanligen med någon typ av vass) svagt sluttande bädd fylld med grus, sand och/eller liknande material. Bädden har utflöde i botten på den lägst liggande sidan och det vatten som ska behandlas till- förs bädden på eller strax under bäddens yta på den högst liggande sidan. Bädden utförs så att vattnet kommer att passera genom bädden med antingen ett vertikalt eller horisontellt flöde. Bäddar med vertikalt flöde arbetar vanligen med omättat flöde medan flödet i de horisontella bäddarna vanligen är mättat.
Slutsatser
Den förväntade reningen i en rätt utförd rotzon, dimensionerad med 5 m2/pe, är ca 95 % för BOD5 och 50 % för tot-P och tot-N (Miljøstyrelsen, 1999a). Det är
oklart om växtligheten i en rotzon förbättrar reningsresultatet, då såväl dimensio- nering som de förväntade reningsgraderna är snarlika de för markbädd.
Växterna och det horisontella flödet ökar komplexiteten i anläggningen och för- svårar anläggningen hydrauliskt jämfört med en vanlig markbädd (Zhu, 1998). Dessutom ökar osäkerheterna kring den långsiktiga funktionen, eftersom den långsiktiga effekten av ackumulerande mängder dött växtmaterial i anläggningen inte är undersökt. Växterna i en rotzonsanläggning är tänkta att bidra till reningen genom att ta upp växtnäring, att föra ned syre i vattnet via rötterna och att tillföra kolkälla som kan utnyttjas för denitrifikationen. Ett flertal forskare har emellertid ifrågasatt om växterna verkligen bidrar till reningen (Mæhlum, 1998; Wittgren & Hasselgren, 1992; Zhu, 1998). Reningsgradens variation med årstiderna förefaller också vara
av samma storleksordning som den för markbäddar. Det finns i dag heller inget realistiskt system för att återföra någon väsentlig del av växtnäringen från en rot- zon till odling.
Ytbehovet för rotzonsanläggningar (5–15 m2/pe) är ungefär samma som för mark- bädd och kan ibland utgöra en begränsning.
Bedömning av hur väl kriterierna i tidigare kapitel uppfylls redovisas i Tabell 15.
Tabell 15. Bedömning av hur kriterierna smittspridning, hushållning och miljö- påverkan uppfylls av rotzonsanläggningar, där + betyder väl, 0 betyder varken bra eller dåligt, – betyder dåligt och ? att det är osäkert eller att erfarenhet/upp- gifter saknas.
Kriterier Bedömning Kommentar
Smittspridning – till + Bra smittskydd om all vattentransport sker i bädden. Vid
ytligt flöde av avloppsvattnet finns risk för smittspridning.
Hushållning – Enbart en liten del av växtnäringen kan återföras via
skörd av växtlighet i anläggningen. Växtnäringsmäng- derna är små och utvecklade system för återföring saknas.
Miljöpåverkan – till + Beroende av konstruktion och dimensionering.
Rotzonsanläggningar bedöms uppfylla miljökvalitetsmålen enligt följande: - En god bebyggd miljö: Se ”Hushållning” i Tabell 15 ovan. Vid lokal använd-
ning av skördad växtlighet krävs oförändrat antal transporter av tunga fordon (endast för tömning av slamavskiljare).
- Giftfri miljö: Huvuddelen av avloppsvattnets föroreningsinnehåll kommer att fastna, alternativt brytas ned, i anläggningen. Av den totala tillförda föro- reningsmängden kommer endast en liten del att kunna lämna anläggningen och spridas på andra platser när växtligheten skördas.
- Ingen övergödning: Se ”Miljöpåverkan” i Tabell 15 ovan.
Systemets möjligheter samt FoU-behov
Eftersom dimensionering och förväntade reningsresultat är snarlika de för mark- bäddar och infiltrationer bör markbädd normalt väljas före rotzon. En rotzons- anläggning kan dock ha estetiska och pedagogiska fördelar (anläggningen är mer synlig) och kan därför vara intressant i vissa sammanhang. Det är också möjligt att rotzonsanläggningar med mättat flöde kan ge god denitrifikation, då det är möjligt att växterna kan förse denitrifikationsbakterierna med nödvändig kolkälla. Utvärdering och forskning på rotzonsanläggningar för denitrifikation av nitrifierat vatten är därför prioriterat.
Forskningsbehov finns också vad gäller långsiktig uthållighet hos och effekt av växtmaterialet på reningsresultat, samt funktionen vid rening av källsorterat BDT- vatten. Dessutom behövs forskning om uthållig förbättring av rotzonsanläggningens fosfor- och kväverenande förmåga, samt över realistiska metoder att återföra näring från rotzonsanläggningar till åkermark. Risken för ytvattenflöde och hygieniska risker förknippade med detta behöver också undersökas.
Litteratursammanställning
Tekniken till dagens rotzonsanläggningar introducerades mellan 1960 och 1980 av Seidel med medarbetare vid Max Planck Institutet i Tyskland. Under 1980-talet anammades tekniken bland annat i Storbritannien, Österrike, Danmark, Frankrike, Sverige, Nordamerika, Australien och Afrika. Därefter har rotzonsanläggningar byggts i ytterligare europeiska länder, däribland Norge (Kadlec m.fl., 2000). Kadlec m.fl. (2000) presenterar ett flertal fallstudier av rotzonsanläggningar (kallas ibland bevuxna anlagda våtmarker) med horisontellt respektive med verti- kalt flöde. I anläggningstypen med horisontellt flöde tillförs vattnet under den bevuxna ytan, medan vattnet intermittent översvämmar den bevuxna ytan vid an- läggningstypen med vertikalt flöde. Båda anläggningstyperna har ett avgränsat utlopp.
Reduktionen av fosfor och kväve varierar starkt mellan olika rotzonsanläggningar, troligen beroende på hur de är dimensionerade och vilken halt det inkommande avloppsvattnet har m.m. I Tabell 16 visas en sammanställning över reningsresultat baserad på data från Bilaga 2.
Tabell 16. Inkommande och utgående halter i avloppsvatten som behandlas i rot- zonsanläggningar. Tabellen är baserad på data som återfinns i Bilaga 2. Ämne Inkommande halt
mg/l Utgående haltmg/l Kommentar
P-tot 9 – 23 3 – 17 50 % reduktion anges som förväntat
resultat i Danmark
N-tot 34 – 80 50 50 % reduktion anges som förväntat
resultat i Danmark
BOD 240 – 345 5 – 25 95 % reduktion anges som förväntat
resultat i Danmark
Kadlec m.fl. (2000) beskriver en tvåårig fallstudie i Gloucestershire, Storbritannien, för ett behandlingssystem bestående av sex steg för avloppsvattnet från 65 pe. Av- loppsvattnet behandlades först i slamavskiljare, därefter i två rotzonsanläggningar med vertikalt flöde, sedan i två rotzonsanläggningar med horisontellt flöde och slut- ligen i en damm. Driftdata för anläggningen visas i Bilaga 2. Författarna konstaterar att viss nitrifikation skedde i de två första rotzonsanläggningarna, följt av en bety- dande denitrifikation (ca 70 % kväverening) i de två följande rotzonerna.
I en anläggning i Warwickshire i Storbritannien användes två rotzonsanläggningar med horisontellt flöde för behandling av avloppsvatten vid ett reningsverk för drygt 1 000 pe (Kadlec m.fl., 2000). Innan vattnet nådde rotzonsanläggningarna hade det behandlats i ett biologiskt filter i reningsverket. Rotzonsanläggningarna var dimensionerade för 0,8 m2 per pe. I Bilaga 2 visas beräknade medelvärden för in- och utdata med utgångspunkt från årliga medelvärden, för fem år (Kadlec m.fl., 2000). I tabellen ses att såväl halten av totalt oxiderat kväve som halten av NH4-N minskar, vilket kan ha skett genom nitrifikation/denitrifiering eller som
I Kadlec m.fl. (2000) redovisas data från en horisontell rotzonsanläggning i norra Minnesota, USA, som behandlade avloppsvatten från slamavskiljare. I Bilaga 2 visas data för anläggningen i form av årsmedelvärden, där årsmedeltemperaturen var 8°C. I Kadlec m.fl. (2000) redovisas även data uppdelat på årstid. Ur detta kan utläsas att reduktionen av såväl fosfor som totalkväve i anläggningen ökade från ca 25 % under vintern till drygt 60 % under sommaren, och av BOD från ca 86 % till 92 % under samma perioder.
I Strengberg i Österrike kompletterades byns konventionella aktivslamprocess med fyra parallella rotzonsbäddar med vertikalt flöde, vilka belastades intermittent (Kadlec m.fl., 2000). Anläggningen var dimensionerad för 1500 pe. Analyser vid belastningar från 100 till 500 mm/dygn visade bland annat att nitrifikationskapaci- teten var hög, även vid hög belastning; vid 200 mm/d reducerades halten NH4-N
i utgående flöde med 99 %, och vid 500 mm/d med 85 %. Även PO4-P och COD
reducerades bäst vid en belastning på 200 mm/d. I Bilaga 2 visas data för anlägg- ningen.
I en by i Österrike, Hörbach, användes fyra rotzonsanläggningar med vertikalt flöde, vilka antingen kunde användas parallellt eller i serie om två, för behandling av slamavskiljt avloppsvatten från hushåll (Kadlec m.fl., 2000). Anläggningen hade varit i drift sedan juni 1995. Resultat från provtagningar utförda mellan 1995 och 1998 visas i Bilaga 2.
Vandaele m.fl. (2000) undersökte funktionen hos en belgisk tvåstegs vassbädd (rotzonsanläggning) med vertikalt flöde i pilotskala (10 pe). Anläggningen behand- lade försedimenterat vatten från ett avloppsreningsverk. Anläggningen bestod av två parallella vassbäddar med vertikalt flöde, där vattnet applicerades på ytan, följt av två parallella vassbäddar med vertikalt flöde, där vattnet applicerades under ytan. Under sommaren var nitrifikationen i den första vassbädden nästan fullständig, men nitrifikationen minskade under vintern. Den begränsande faktorn för kvävereduktion antogs vara denitrifikationen i den efterföljande vassbädden, troligen orsakad av brist på kol eftersom det mesta av BOD redan hade brutits ned i den första vassbädden. Data för anläggningen visas i Bilaga 2. Reduktionen av totalfosfor var vid uppstart 100 % men hade efter 7 månaders drift sjunkit till ca 71 %, möjligen på grund av mättnad av filtermaterialet. Ingen förändring av BOD- respektive COD-reduktionen observerades under vintern. Vid tillfälliga igen- sättningar i bädden försämrades reningsgraden av BOD betydligt. Av de suspende- rade partiklarna avskiljdes 38 % i försedimenteringen, 54 % i första och ytterligare 3 % i den andra vassbädden. Författarna drar slutsatsen att den största begräns- ningen med vassbädd hänger samman med tillfälliga igensättningar. Problemen verkar vara relaterade till bland annat försedimentering och flödesintervall (Vandaele m.fl. 2000).
Klosettvatten från ett energi- och miljöcentrum i Tyskland behandlades i en rot- zon (sandfilter bevuxet med vass) (Bahlo & Wach, 1992). Förbehandling skedde mekaniskt-biologiskt i en fyrkammarbrunn, varefter avloppsvattnet behandlades i ett sandfilter som var bevuxet med vass. Bädden bestod av ett 80 cm tjockt sand- lager. I den undre delen av filtret lades ett lager med halm. För att öka fosforfast- läggningen blandades ca 1 viktsprocent stålspån i det övre sandlagret. I Bilaga 2 visas data för utgående avloppsvatten.
Bahlo & Wach (1992) studerade ett tyskt system, där BDT-vattnet förbehandlades i slamavskiljare och därefter renades i en rotzonsanläggning i växthus. Data för
anläggningen visas i Bilaga 2. Rotzonen var uppdelad i tre sektioner (bassänger). BDT-vattnet tillfördes den första bassängen i tre intervaller, rann vertikalt genom den, samlades upp och rann horisontellt genom den andra och tredje bädden. De två sista bäddarna bestod av grovsand och fingrus och var bevuxna med Schoeno-
plectus lacustris och Iris pseudacorus. Efter bäddarna leddes vattnet till ett dike i
trädgården. Diket var bevuxet med diverse växter.
I ekobyn Toarp i södra Sverige behandlades BDT-vatten i en rotzonsanläggning med mättat horisontellt flöde följt av ett sandfilter med vertikalt flöde och en damm. Data från anläggningen visas i Bilaga 2. Antalet termotoleranta koliforma bakterier var högt i det obehandlade, inkommande BDT-vattnet. För behandlingen av BDT-vattnet var energianvändningen 6,6 kWh/person och år (Fittschen & Niemczynowicz, 1997).
Wittgren & Hasselgren (1992) presenterar behandlingsresultat från 38 danska rot- zonsanläggningar. Man konstaterar ett starkt linjärt samband mellan reduktion och belastning av BOD5, samt att medelreduktionen för de aktuella anläggningarna var
över 90 %. Slutsatsen dras att det verkar rimligt med en genomsnittlig BOD5-
belastning på 7 g/m2 och dygn, särskilt om ytterligare reningssteg för reduktion av närsalter följer. Utifrån sin undersökning och från den danska definitionen av en personekvivalent beräknar Wittgren och Hasselgren (1992) följande; vid en an- tagen BOD-koncentration på 122 mg/l, motsvarar 7 g/m2 och dygn en hydraulisk belastning av 57 l/m2 och dygn eller 6,4 m2 /pe och en utgående koncentration på 12 mg BOD/l.
Wittgren & Hasselgren (1992) drar slutsatsen att rotzonsanläggningar som belastas med upp till 10 g BOD5/m2 och dygn har goda förutsättningar att klara utsläpps-
krav på 20 mg/l eller 90 % reduktion. Detta verkar gälla oavsett om huvuddelen av flödet sker i rotzonen eller på jordytan, vilket gör att själva rotzonsmetoden när det gäller rening av BOD kan ifrågasättas (Wittgren & Hasselgren, 1992). Samman- fattningsvis bedöms studerade rotzonsanläggningar, i de fall de varit riktigt belas- tade, ha fungerat bra för reduktion av BOD men däremot sämre med avseende på reduktion av fosfor och kväve (Wittgren & Hasselgren, 1992). För en bättre reduktion av fosfor och kväve föreslår författarna en våtmark med ytvattenflöde som förbehandling (för reduktion av suspenderat material och BOD), före rotzon utförd med lämpligt marksubstrat.
I Uggerhalne i Danmark behandlades avloppsvatten från hushåll och en del in- dustrier, samt dagvatten, i en rotzonsanläggning med horisontellt flöde (Kadlec m.fl., 2000). Anläggningen var dimensionerad för omhändertagande av avlopps- vatten från 400 pe. Avloppsvattnet förbehandlades i en sedimentationstank innan det pumpades in till rotzonsanläggningen. Utflödet från rotzonsanläggningen hamnade i ett grusfyllt dike och leddes därefter till recipienten. Det utgående vattnet från rotzonsanläggningen var inte nitrifierat. I Bilaga 2 visas data för anläggningen.
Danska Miljøstyrelsen (Miljøstyrelsen, 1999a) anger förväntade reningseffekter för slamavskiljt avloppsvatten som behandlats i en mättad horisontell rotzons- anläggning för upp till 30 pe. De förväntade värdena baseras på erfarenheter från större rotzonsanläggningar och förutsätter att anläggningen byggs, belastas, sköts och underhålles enligt Miljøstyrelsens riktlinjer. Förväntade värden för rotzons- anläggningar visas i Bilaga 2. Ingen nitrifikation beräknas ske i rotzonsanlägg- ningen, varför merparten av utgående kväve kommer att bestå av ammonium-
kväve. Som exempel på riktlinjer anger Miljøstyrelsen att en rotzonsanläggning för 5 personer ska ha en area på 25 m2, där längden ska vara 10 m och bredden 2,5 m. Kring anläggningen ska en vall byggas för att förhindra att överskottsvatten når anläggningen, och hela anläggningen ska avgränsas från omgivande jord med hjälp av ett membran med en minsta tjocklek av 0,5 mm. Endast slamavskiljt avloppsvatten får belasta anläggningen, eftersom risken annars är stor för igensättning (Miljøstyrelsen, 1999a).
Mæhlum (1998) undersökte funktionen hos tre konstruerade våtmarksfilter i Nor- ge, vilka vardera behandlade slamavskiljt avloppsvatten från 10 pe. Anläggningar- na bestod av filterrening i två steg, där filtermaterialet antingen var naturligt järn- rik sand, eller Filtralite/Leca-material. Det första steget utgjordes av ett obevuxet filter med omättat vertikalt flöde, och det andra ett bevuxet filter med mättat hori- sontellt flöde. Anläggningarnas area var ungefär 10 m2/pe och den hydrauliska be- lastningen varierade mellan 3,2 och 6 cm/d. Reduktionsdata för de tre anlägg- ningarna visas i Bilaga 2. Vegetationens roll för reduktion av näringsämnen i de studerade systemen var inte betydande utan spelade främst en estetisk roll. An- läggningen isolerades även till viss del av vegetationen. Mæhlum (1998) drar där- för slutsatsen att även våtmarksfilter med horisontellt flöde utan vegetation kan vara en lämplig filterteknik, eventuellt med ett extra lager filtermaterial för iso- lering.