Investigation of Particle and Heavy Metal Removal and Detergent Degradation in Sedimented Tunnel Wash Water

Abstract

Noreg har mange vegtunnelar, som treng jamleg vasking på grunn av trafikktryggleik og vedlikehald. Vaskevatnet inneheld mykje partiklar, og er ureina av tungmetall, PAH, vaskemiddel og mikroplast. Det er vist at vatnet har økotoksiologiske effektar, og det er anbefalingar om reinsing før det blir slept til resipient. I nyare tunnelar i Noreg har dette vanlegvis blitt implementert som eit innandørs sedimentasjonsbasseng som første reinsesteg. Vatnet vert oppbevart her i omlag 30 dagar, hovudsakleg for å bryte ned vaskemidla og for å fjerne partiklar. Det er lite kunnskap om reinseeffekten av dette; slik som kor bra vaskemidla vert nedbrotne i dei mørke og kalde omgivnadene, og kva som skjer med dei oppløyste ureiningane.

I denne studien vart tunnelvaskevatn henta frå tre tunnelar i Oslo og lagra kjølig i 35 dagar. I løpet av den tida vart dei følgande parametrane overvaka: totalt tørrstoff (TS) , totalt suspendert stoff (TSS), turbiditet, partikkelstorleiksfordeling, pH, konduktivitet, innhald av vaskemiddel (ved å sjå på oppløyst organisk karbon og eksklusjonskromatografi), metallkonsentrasjonar og oppløyst oksygen. Resultata viser ein tydeleg reduksjon av TSS (88-91%) og turbiditet (80-95%) . Målt pH heldt seg stabil rundt 8. Ein konsentrasjon av TS på 1.16-2.34 g/L vart målt etter sedimentering, som truleg kjem frå vegsalt. Konsentrasjonen av oppløyst oksygen vart i nokre tilfelle redusert til anaerobe forhold og ein liten nedgang i oppløyst organisk karbon vart observert, som kan indikere nedbryting av vaskemidla. Dette burde imidlertidig undersøkast vidare. Partikkelstorleiksfordelinga viste mange små partiklar <10 μm. Metallfraksjonane > 1.2 μm vart tydeleg redusert, medan dei mindre fraksjonane såg ikkje ut til å bli fjerna.

Resultata viser ein tydeleg reduksjon av TSS (88-91%) og turbiditet (80-95%). Målt pH heldt seg stabil rundt 8. Ein konsentrasjon av TS på 1.16-2.34 g/L vart målt etter sedimentering, som truleg kjem frå vegsalt. Konsentrasjonen av oppløyst oksygen vart i nokre tilfelle redusert til anaerobe forhold og ein liten nedgang i oppløyst organisk karbon vart observert, som kan indikere nedbryting av vaskemidla. Dette burde imidlertidig undersøkast vidare. Partikkelstorleiksfordelinga viste mange små partiklar <10 μm. Metallfraksjonane > 1.2 μm vart tydeleg redusert, medan dei mindre fraksjonane såg ikkje ut til å bli fjerna.

Etter sedimentering var TSS konsentrasjonen i vatnet under den mykje brukte grensa på 100 mg/L. Totalkonsentrasjonen av kobber og sink enda opp i EQS klasse 2 eller 4, avhengig av type resipient (ferskvatn eller sjøvatn). På grunn av dei høge metallkonsentrasjonane, kombinert med usikkerheiter rundt nedbryting av vaskemidla, burde eit andre reinsesteg verte vurdert.

Norway has many road tunnels in need of regularly washing due to traffic safety and maintenance. The wash water contains a high number of particles and a wide spectrum of pollutants such as heavy metals, PAH, detergents, and microplastics. The water is proven to have ecotoxicological effects and there are national recommendations for treatment before releasing it to recipients. For newer tunnels in Norway, this has commonly been implemented as closed sedimentation basins as a first treatment step. The water is stored in these basins for approximately 30 days, mainly to achieve detergent degradation and particle removal. However, there is little knowledge about the treatment performance during this time; such as to what extent detergents degrade in the dark and cold conditions; and the fate of dissolved pollutants in the system.

In this study, tunnel wash water was collected from three tunnels in Oslo, Norway, and stored in sedimentation columns in a cooled environment for 35 days. During that time the following parameters were monitored: total solids (TS), total suspended solids (TSS), turbidity, particle size distribution, pH, conductivity, detergent content (by dissolved organic carbon and size-exclusion chromatography), metal concentrations, and dissolved oxygen.

Sedimentation reduced TSS with 88-91% and turbidity with 80-95%. The pH stayed stable at around 8. A total solid concentration of 1.16-2.34 g/L was measured after the sedimentation, most probably originating from road salt. Dissolved oxygen concentration decreased down to anaerobic condition in some cases, and a small reduction in dissolved organic carbon was observed, which may indicate some detergent degradation. The particle size distribution showed many small particles with a diameter <10 μm. The >1.2 μm fraction of the analysed metals got significantly reduced, while no clear removal of the smaller fractions was seen.

The effluent TSS concentration was lower than the commonly used limit of 100 mg/L. The effluent total concentration of copper and zink were within EQS class 2 or 4, depending on the type of recipient (fresh water or sea water). Due to the high effluent metal concentrations, combined with uncertainties about detergent degradation, a second treatment step after sedimentation is recommended.