Performance of road side gully pots in Trondheim for sediment removal - evaluated based landuse and annual traffic loads

Abstract

Sandfangere i veikanten er det første viktige elementet i kloakksystemet som mottar avrenning av vegen. Foruten hydraulisk utladning, er hovedfunksjonen fjerning av forurensede sedimenter av avrenning før de går inn i avløpssystemet (Grottker, 1990). I Trondheim oppnås dette formålet ved rene sedimenteringsprosesser i rundt 15000 sandfanger (Information from Bydrift in Trondheim Kommune, 2019). Tidligere studier har vist at forekomsten av metaller festet til sedimenter øker med synkende partikkelstørrelser (Wang et al., 1998). Uten regelmessig vedlikehold kan disse forurensende partiklene potensielt skylles ut ubehandlet i miljøet, for eksempel i elver (Deletic et al., 2000).

Av denne grunn er kontinuerlig forskning og utvikling av renseanlegg av stor betydning. I dette bidraget undersøker den nåværende studien partikkelstørrelsesfordelingen i sedimenterende senger fra sandfanger i Trondheim, Norge for å evaluere dagens sedimentasjonsytelse for sandfanger i forhold til forskjellige partikkelstørrelser. Partikkelstørrelsesfordelingen bestemmes ved hjelp av en manuell våtsikting for partikler mellom 50 og 2000 μm og en partikkelstørrelsesmåler LS230 for partikler <50 μm. Fordelingen av de ulike partikkelstørrelsene ble utført både med og uten dispersjon ved hjelp av natriumpyrofosfatdekahydrat. Den organiske fraksjonen innenfor de ulike partikkelstørrelsene ble bestemt ved å varme opp prøvene til 550 °C. Organisk innhold i de siktede fraksjoner, samt tungmetaller og egenvekt ble også analysert. Metodikken er basert på en rekke tester utført før selve analysen. Det ble tatt prøver fra gågater uten motorisert trafikk, det ble tatt sedimentprøver fra klyper kommersielle og boligområder med ulik årlig daglig trafikkbelastning.

Resultatene fra den foreliggende studien viser en bemerkelsesverdig høy andel partikler i <50 µm området mellom 31 og 37 %. I kontrast har fraksjoner mellom 50 og 2000 µm silpass mellom 3 og 18 %. Partikkelstørrelsesfordelingen var stort sett uavhengig av arealbruken, basert på trafikkfrie og trafikkbærende områder i Trondheim. De høyeste median tungmetallkonsentrasjonene i de siktede fraksjoner ble funnet for begge områdene (trafikkfrie og med trafikk) i de minste partiklene <50 µm for krom (220 og 155 mg/kg), kobber (91 og 43 mg/kg), bly (44 og 15 mg/kg) og delvis for jern i den trafikkfrie sonen (39944 mg/kg) og for sink i områdene med trafikk (142 mg/kg). For kobber, bly og sink var metallinnholdet i sedimentene høyere fra sedimentasjonssjakter i det fotgjengerfrie sentrum enn på gater.

Disse funnene representerer en vurdering av den faktiske ytelsen til sandfang for sedimentfjerning via ren sedimentasjon, analysert i Trondheim. Det gir også innsikt i forurensningsgraden av tungmetaller i sedimentene som er avsatt. Studieresultatene kan brukes som grunnlag for videre evaluering, valg og utvikling av egnede overvannshåndteringsapparater og forbedre drifts- og vedlikeholdsrutiner.

Road side gully pots (RSGP) are the first essential element of the sewer system receiving road runoff. Besides hydraulic discharge, main function is removal of polluted sediments of runoff before entering the drainage system. Previous studies have shown that the occurrence of metals attached to sediments increases with decreasing particle sizes. Without proper maintenance these pollutant attached particles are potentially flushed out untreated to receiving water streams.

The current study investigates the particle size distribution (PSD) in sediment beds from RSGP in Trondheim, Norway using wet sieving for particles between 50 and 2000 µm and a Coulter counter LS230 instrument for particles <50 µm, both with and without a dispersant. Moreover, organic matter, heavy metals via X-ray fluorescence (XRF) analysis and specific gravity of fractions have been studied. Besides pedestrian areas, sediment samples were taken from gully pots in commercial and residential areas with different annual daily traffic (ADT) loads.

A remarkably high proportion of particles <50 µm between 31 and 37 % was found in contrast to fractions from 50 to 2000 µm showing percentages between 3 and 18 %. PSD was mainly independent from different landuse, evaluated based traffic and no-traffic areas. Highest median heavy metal concentrations in sieved fractions were indicated in the smallest size range <50 µm in both groups, no traffic and traffic, respectively for Cr (220 and 155 mg/kg), Cu (91 and 43 mg/kg), Pb (44 and 15 mg/kg) and partly for Fe in the no-traffic group (39944 mg/kg) and for Zn in the traffic group (142 mg/kg).

These findings represent an evaluation of the actual sediment removal performance in RSGP via pure sedimentation and the degree of heavy metal contamination in sediment beds analyzed in Trondheim. Study results can be used as a basis for further evaluation, selection and development of suitable stormwater treatment devices and improving operation and maintenance routines.