Fastläggning av fosfor som förloras från jordbruksmark och produktiv återföring med hjälp av reaktiva filtermaterial

Projektet syftade till att använda reaktiva filterbäddsmaterial, baserat på erfarenheter från småskalig avloppsrening, för att förhindra fosforutsläpp med dräneringsvatten i jordbruket. Försök utfördes både i laboratoriet och i fält. I båda fallen användes en låd-formad konstruktion som innehöll de reaktiva materialen. På laboratoriet efterliknades dräneringsvatten genom att fosfatlösning blandades med kranvatten. I fält användes dikesvatten i två områden. Slutsatsen var att filtermaterialen Polonite och Sorbulite som bl a testades, hade en effektiv förmåga att binda löst och partikulär fosfor som finns i relativt låga koncentrationer i avrinningsvatten. Den genomsnittliga avskiljningen av PO4-P varierade från 11% till 86% beroende på filtrets gångtid. Analyser med hjälp av XANES visade att fosforn var bunden i olika mineralfaser av kalciumfosfat. Den dominerade fasen hos Sorbulite var apatit (65-70%) men också noterbara mängder av ACP, OCP och monetit hittades.

Jordbruksmark avvattnas med olika typer av diken och det vatten som rinner vidare mot sjöar och hav kan innehålla mängder med näringsämnen, t ex fosfor. Detta skapar ofta problem med övergödning som framkallar algblomningar. Ett sätt att hindra fosforn från att läcka ut kan vara att i dikena installera särskilda anordningar med fosforbindande material. Vid filtreringen av vattnet genom materialen så kan fosforn bindas. De material som testats i denna undersökning består av s k kalciumsilikater och är varumärkta produkter. Ett material heter Polonite och används sedan tidigare för fosforrening i små avloppsanläggningar. Ett annat är tillverkat av lättbetong. Gemensamt för dessa typer av filtermaterial är att de har en porös struktur och därmed stor yta. Fosforn kan fällas ut från vattnet och sen fastna på filterpartiklarna. Allt eftersom mer och mer vatten filtreras sjunker materialens fosforbindande förmåga och till slut är det dags att byta filtermassa. Den kan sen tillgodogöras som gödningsmedel på åkermark.
Ett test gjordes i laboratoriet med ett filter som bestod av krossad lättbetong och Polonite. Ett konstgjort dikesvatten framställdes genom att fosfor löstes i kranvatten till en koncentration som motsvarar det som finns i riktiga diken på åkermarken. Först pumpades en volym av 14 000 liter genom de sex liter material som filterlådan rymde. Hastigheten på vattenflödet var sådant att det tog ca 60 min för det att passera. Vid detta försök avskiljdes i genomsnitt 52 %. Men dikesvatten är oftast inte fritt från lerpartiklar som följer med från åkermarken. Därför gjordes ett försök där samma blandning av fosfor och kranvatten som nämnts även tillfördes en kemisk ren kaolinlera. Därvid blev vattnet grumligt som det brukar vara och pumpades genom filtret. Efter att 7000 liter vatten passerat genom filtret kunde det konstateras att fosforavskiljningen var under 50 %, dvs lerpartiklarna gjorde att filtermaterialet utmattades dubbelt så fort som utan lera. Vid fältförsöken med liknade lådor fyllda med enbart Polonite kunde samma fenomen observeras men god fosforavskiljning kunde uppnås i alla fall (68-86%). Ett filterförsök anlades i ett jordbruksdike utanför Jönåker, söder om Nyköping. Här anlades samtidigt en våtmarksdamm så vattnet fick först passera denna innan en del av det gick genom ett filter som hade en volym av 5 kubikmeter. Efter att 8 870 kubikmeter vatten behandlats kunde det konstateras att i genomsnitt endast 11 % av fosforn hade bundits. Om filtermaterialet bytts ut efter att hälften så mycket vatten runnit igenom så hade reningsgraden legat på ca 60 %.
Prover togs från filtret i Nyköping för att analyseras med så kallad röntgenspektroskopi. Det är ett avancerat instrument som finns vid speciella laboratorier i världen. Vi ville veta i vilken mineralfas som fosforn finns bunden. Det visade sig att apatit hade bildats i huvudsak (ca 70 %) men att även amorf kalciumfosfat, oktakalciumfosfat och monetit fanns med i undersökta prov.
Resultaten från undersökningarna är omfattande och dessa kommer att publiceras i vetenskapliga tidskrifter så att de kan studeras av andra forskare inom området. Mer undersökningar bör också utföras innan lämpliga rekommendationer kan publiceras om hur dikesfilter ska utformas och vilka filtermaterial som kan vara lämpliga att använda.