Reduction of Pollutants in Storm Water Ponds : Governing Parameters and Methods for Statistical Modelling

Storm water is defined as runoff from precipitation such as rain or snow. It is collected in sewage disposal systems and since it mainly originates from urban areas it can contain high levels of heavy metals, nutrients and oil etc. Polluted storm water is currently treated by different methods such as wet ponds, constructed wetlands and filter strips. This study investigates these methods, which in earlier studies have shown to give varying results regarding their treatment efficiency. This thesis has been written on commission of SWECO VIAK and was aimed at studying those parameters that may affect the treatment efficiency of nutrients and heavy metals in storm water treatment facilities (STF:s). Through literature studies the dominating treatment processes in ponds and wetlands were examined. The flow pattern was then simulated in four different storm water ponds, of varying shape and size, by using a physically based computer model. The residence time distribution for each pond could then be calculated as well as the hydraulic efficiency, which is a measure on how well the inflowing water is spread throughout a pond. Finally a multiple regression analysis was performed. This analysis examined how the reduction of lead, copper, zinc and cadmium depends on the following factors: the specific pond area, the variance of the residence time distribution, the hydraulic efficiency and the concentration of incoming metals and suspended solids. The specific pond area is a factor which is defined as the pond area divided by the reduced run off area. The results from the multiple regression analysis indicate that an increasing content of inflowing suspended solids leads to a better treatment efficiency regarding lead and copper. The specific area showed to have some effect on the treatment efficiency, but this effect was less than that of the content of inflowing suspended solids. The reduction of cadmium depended mainly on the specific area and the incoming concentration of cadmium. An increasing reduction of zinc could to some extent be explained by an increasing specific area. The results from this analysis and earlier studies are emphasizing the fact that adsorption to particles and sediment is one of the main processes for a good separation of heavy metals from storm water. Longer measurements series from additional treatment facilities are needed to build a statistical model which, in the future, can be used to predict the treatment efficiency of storm water ponds.Dagvatten är regn- och smältvatten som samlas upp i avloppssystem. Då detta vatten huvudsakligen härstammar från urban bebyggelse så kan det innehålla höga halter tungmetaller, närsalter och olja med mera. Idag behandlas förorenat dagvatten bland annat genom nyttjande av dammar, våtmarker och översilningsytor. Dessa behandlingsalternativ har dock visat sig ge varierande resultat med avseende på dess reningseffektivitet. Detta arbete har utförts på uppdrag av konsultföretaget SWECO VIAK och syftade till att studera vilka parametrar som påverkar reningseffekten av närsalter och tungmetaller i dagvattendammar. Genom litteraturstudier undersöktes de dominerande reningsprocesserna i dammar och våtmarker. Därefter modellerades strömningen i 4 dammar med varierande form och storlek. Vid detta arbete erhölls en fördelning av uppehållstiden hos vattnet för respektive damm samt ett värde på den hydrauliska effektiviteten, vilken är ett mått på hur väl det inströmmande vattnet sprids ut i dammen. Slutligen utfördes en multipel regressionsanalys. Vid denna analys undersöktes hur reningen av bly, koppar, zink och kadmium beror av den specifika dammarean, variansen hos vattnets uppehållstidsfördelning, den hydrauliska effektiviteten samt inkommande metall- och TSS-koncentration (suspenderat material). Den specifika dammarean är en faktor vilken defineras som kvoten mellan dammens area och dess reducerade avrinningsområde. Resultaten från den multipla regressionen tyder på att en ökad inkommande halt av suspenderat material till dammen har störst betydelse för en förbättrad avskiljning av bly och koppar. Även den specifika arean och metallkoncentrationen i inflödet visade sig ha en viss, men något mindre, betydelse. Reduktionen av kadmium berodde däremot till störst del av den specifika arean och inkommande kadmiumkoncentration. En ökad reduktion av zink förklarades till viss del av en ökad specifik area. Resultatet att halten av suspenderat material i hög grad avgör reningen samt tidigare studier understryker det faktum att adsorption till partiklar och sediment verkar vara en av de viktigaste processerna för en god avskiljning av tungmetaller. Längre mätserier från fler dagvattendammar krävs dock för att i framtiden ta fram en statistisk modell vilken skulle kunna användas till att prediktera reningseffekten