View
40
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Active Wetlands –hankkeen kokeita ja tuloksia. MTT/Kasvintuotannon tutkimus Risto Uusitalo, Aaro Närvänen, Tapio Salo ja Kimmo Rasa. Hankkeen tavoitteet. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Active Wetlands –hankkeen kokeita ja tuloksia
MTT/Kasvintuotannon tutkimusRisto Uusitalo, Aaro Närvänen,
Tapio Salo ja Kimmo Rasa
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
– Valumavesissä fosfori on liuenneessa muodossa, tai partikkeleihin kiinnittyneenä
– Liuennut fosfori on se muoto, mitä levät ja vesikasvit voivat hyödyntää 100 %:sesti
– Partikkeleihin kiinnittyneestä fosforista vain osa on biologisesti käyttökelpoista
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
– Vedessä oleva fosfori on liuenneessa muodossa, tai partikkeleihin kiinnittyneenä
– Liuennut fosfori on se muoto, mitä levät ja vesikasvit voivat hyödyntää 100 %:sesti
– Partikkeleihin kiinnittyneestä fosforista vain osa on biologisesti käyttökelpoista
Liukoista fosforia ja paljon levää Fosfori kiinni partikkeleissa, vähän levää
Levää
Fosforia
Partikkeleita, joihin fosfori on kiinnittyneenä
Järvi 226, Ontario, Kanada, 1971(D. Schindler, Science 184:897-184.)
Lisätty liukoista hiiltä ja typpeä- tulos: ei leväkasvua
Lisätty liukoista hiiltä, typpeäja lisäksi fosforia- tulos: vihreä puuro
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
• Viedä aktiivimenetelmiä käytännön mittakaavaan; kolmen vuoden aikana teimme kenttäkokeita yhteensä 20 kohteessa.
""
"
"
Turku
Lahti
Helsinki
Hämeenlinna
Ho
So 1-3
Nu 1-10Pu 1-5
Vi
La
Ha
Kr
St 1-2
Na
Su
Oj TaAr
Mu RiSuPa
26° E25° E24° E23° E22° E21° E61
° N60
° N
0 50 Km
Sampled wetlands/ditchesPilot sitesNäytteenottopaikatKoepaikat
Nuutajärvi
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
• Viedä aktiivimenetelmiä käytännön mittakaavaan; kolmen vuoden aikana teimme kenttäkokeita yhteensä 20 kohteessa.
– Laboratoriokokeissa ja pienemmän mittakaavan kokeissa on 1960-luvulta lähtien testattu suuri määrä erilaisia aineita, jotka sitovat liuennutta fosforia
– Kenttämittakaavan kokeita maatalouden valumavesien käsittelemiseksi ei ole kuitenkaan tehty – tai ainakaan raportoitu – kuin kourallinen
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
• Viedä aktiivimenetelmiä käytännön mittakaavaan, kolmen vuoden aikana teimme kenttäkokeita yhteensä 20 kohteessa.
• Kaksi eri tyyppistä menetelmää. 1) Veteen liukenevan metallisuolan lisäys, jolla leville käyttökelpoinen fosfori sidotaan käyttökelvottomaan muotoon; 2) kiinteät fosforia pidättävät aineet, joiden avulla fosforia saadaan kerättyä pois vesiekosysteemistä.
Hankkeen tavoitteet• Kehittää menetelmiä, joilla valumavesistä saadaan poistettua rehevöittävä
fosforijae (veteen liuennut fosfaatti) ja siten vähentää levien ja vesikasvien kasvua vesistöissä.
• Viedä aktiivimenetelmiä käytännön mittakaavaan, kolmen vuoden aikana teimme kenttäkokeita yhteensä 20 kohteessa.
• Kaksi eri tyyppistä menetelmää. 1) Veteen liukenevan metallisuolan lisäys, jolla leville käyttökelpoinen fosfori sidotaan käyttökelvottomaan muotoon; 2) kiinteät fosforia pidättävät aineet, joiden avulla fosforia saadaan kerättyä pois vesiekosysteemistä.
- Metallisuolat yleisesti käytössä jäteveden puhdistuksessa ja juomaveden tuotanossa; tiedetään toimivan niissä oloissa, mutta voiko soveltaa peltovalumien puhdistukseen?
- Kiinteät fosforinpidättäjät voisivat olla parempi ratkaisu sen vuoksi, että esimerkiksi annostelua ei tarvitsisi säätää ja seurata, minkä lisäksi niiden avulla fosforia voitaisiin saada kierrätettyä takaisin pelloille.
Liukoisen metallisuolan lisäys valumaveteen
- Kemikaalina rautasulfaatti (Ferix-3, Kemira Kemwater Oy)- Kemikaalin annostelulaitteena käytettiin Närvänen-tyypin
Ferix-annostelijaa, joka toimii ilman ulkopuolista energiaa- Tuloksia 18 koepaikalta, suosituksia paikkojen valinnan
suhteen- Ongelmia, kuten kunnon tutkimuksessa tuleekin olla
Helposti veteen liukeneva rautasuola:Fe2(SO4)3 + 4H2O -> 2FeOOH + 6H+ + 3SO4
2-
- fosfori reagoi raudan kanssa sitoutuen siihen- tuottaa runsaasti happamuutta (veden pH laskee)- sulfaatti ei ole käytännössä mikään ongelma (jos se nyt jollakin kävi mielessä)
Ferix-3
Ferix-3
Veden virtaus
V-aukkopato, jolla vedenpintaa saadaan nostettua virtaaman kasvaessa.
Kemikaalisäiliö
Verkkokartio, josta kemikaali liukenee veteen.
Närvänen-tyypin rautasulfaattiannostelija
- Rautasulfaatin avulla saatiin eri koepaikoilla keskimäärin 62 % (29-95 %), liuenneesta fosforista sidottua rauta-fosfori –yhdisteiksi.
- Kustannukset sidottua fosforikiloa kohden olivat kovin erilaisia eri koepaikoilla. Paras hyöty käytetystä kemikaalikilosta saatiin paikassa, jossa ojaan pääsi lantalan valumavesiä. Tässä kohteessa poistetun fosforikilon hinnaksi tuli alle 20 euroa.
- Laimeita peltovesiä käsiteltäessä sidotun fosforikilon hinta nousi jopa 20-kertaiseksi (460 euroon) edelliseen verrattuna.
Rautasulfaattisaostusta ei kannata tehdä alhaisissa liuenneen P:n pitoisuuksissa, vaan kemikalointi olisi vietävä mahdollisimman lähelle kuormituksen alkulähdettä.
Mitä korkeampi on veden fosforipitoisuus, sitä vähemmänkemikaalia tarvitaan poistamaan tietty määrä ravinnetta vedestä
0.01 0.1 1 10 1001
10
100
1000
10000
Liuenneen fosforin pitoisuus, mg/l
Rau
dan
tarv
e fo
sfor
ikilo
nsi
tom
isee
n, k
g/kg
Ongelmia rautasulfaatin annostelussa
Suurella virtaamalla annostelija on tyhjentynyt nopeasti.
Vedenkorkeuden nopea vaihtelu on kastellut putkessa olevan kemikaalin. Vedenpinnan laskettua kemikaali on paakkuuntunut ja tukkinut annostelusukan.
Oja on jäätynyt osin umpeen, minkä seurauksena kemikaalia on liuennut veteen yliannos (hyvin matala pH).
Kiinteät fosforinpidättäjät• Jokioisissa ja Tartossa
kokeiltiin Sachtofer PR –rakeita, jotka sisältävät sekä Ca:a että Fe:a.
• Tartossa kokeiltiin lisäksi palavakiven tuhkaa (sisältää paljon liukoista Ca:a ja nostaa pH:ta).
Kuva: Morten Poolakese
Fosforinpidätyksen edellytykset• Liuennutta fosforia voi pidättyä vedestä hiukkaspinnoille, tai
tietyissä oloissa saostumalla kiinteäksi aineeksi.
• Hiukkaspinnoille fosforia pidättyy suurempia määriä, jos pinnoilla metallioksideja (rauta- ja alumiinioksidisakkoja).
• Fosforin saostumista voi tapahtua kalsium- tai magnesiumyhdisteinä (esim. Ca5(PO4)3OH, NH4MgPO4·6H2O), mutta niiden muodostuminen vaatii liukoisen Ca:n tai Mg:n läsnäoloa ja korkeata pH-arvoa (paljon OH- -ioneja).
• Fosforia pidättäviä ominaisuuksia löytyy joistakin teollisuuden ja kaivostoiminnan sivutuotteista, ja eräistä luonnonmateriaaleista. Jos ne eivät sisällä paljoa haitta-aineita, niitä voi mahdollisesti käyttää fosforinpidättäjäaineina.
Ojainen, kiinteä fosforinpidättäjä (Sachtofer PR)Sachtofer PRrakeet
Allas
Altaan pinnan säätö
Ojainen, kiinteä fosforinpidättäjä (Sachtofer PR)Sachtofer PRrakeet
Allas
Altaan pinnan säätö
Vesi on saatava jakautumaan tasaisesti pidättäjämassaan (aineella on oltava hyvä vedenläpäisykyky), minkä lisäksi kontaktin on oltava riittävän pitkä jotta fosfori ehtii pidättyä kiinteän aineen pinnoille.
Toimiiko käytännön mittakaavassa?
• Laboratiossa esimerkiksi Sachtofer PR:n (Ca-Fe -oksidirae) pidättää suuren määrän liuennutta fosforia, pidätyskyky kertaluokkaa suurempi kuin esimerkiksi peltomaalla.
• Pidätysteho oli kenttäkokeissa korkea ensimmäisen syksyn ja kevään aikana, mutta alkoi nopeasti hiipumaan toisena koevuotena.
23.9
.201
025
.10.
2010
1.11
.201
04.
11.2
010
5.11
.201
010
.11.
2010
11.1
1.20
1015
.11.
2010
18.1
1.20
105.
4.20
116.
4.20
118.
4.20
1111
.4.2
011
12.4
.201
113
.4.2
011
14.4
.201
115
.4.2
011
18.4
.201
119
.4.2
011
20.4
.201
121
.4.2
011
26.4
.201
127
.4.2
011
28.4
.201
129
.4.2
011
2.5.
2011
20.6
.201
121
.6.2
011
7.7.
2011
15.7
.201
122
.7.2
011
25.7
.201
18.
8.20
1114
.9.2
011
15.9
.201
120
.9.2
011
22.9
.201
110
.10.
2011
11.1
0.20
1119
.10.
2011
26.1
0.20
112.
11.2
011
9.11
.201
128
.11.
2011
29.1
1.20
1113
.12.
2011
19.3
.201
230
.3.2
012
2.4.
2012
3.4.
2012
11.4
.201
216
.4.2
012
18.4
.201
224
.4.2
012
2.5.
2012
7.5.
2012
9.5.
2012
4.6.
2012
5.6.
2012
30.7
.201
220
.9.2
012
24.9
.201
226
.9.2
012
1.10
.201
28.
10.2
012
22.1
0.20
1224
.10.
2012
31.1
0.20
127.
11.2
012
14.1
1.20
1226
.11.
2012
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
SisäänUlos
2010Sisään: 70 gUlos: 33 g
(-53%)
2011Sisään: 857 gUlos: 557 g
(-35%)
2012Sisään: 675 gUlos: 568 g
(-16%)
SUMMA 2010-2012Sisään: 1605 gUlos: 1158 g
(-28%)
Liue
nneu
t fos
fori
, kum
ulat
iivin
en, g
Käytännössä pidättynyt fosforimäärä jäi naurettavan vähäiseksi aineen kapasiteettiin nähden.
Kiinteiden fosforinpidättäjien kanssa suurin ongelma lienee se, että virtaus etsii aina vähäisimmän vastuksen reitin ja käyttää vain sitä.Aineen rakenteen muutokset ajan mittaan (rakeiden mureneminen), tai kiintoaineen jääminen tukkimaan huokosia voivat rajoittaa veden kulkua ja edistää oikovirtausten muodostumista.
Kontakti veden ja pidättäjäaineen välillä voi katketa myös levien ja bakteerien kasvun seurauksena. Biofilmiin peittynyt pinta ei enää ole suorassa kontaktissa veden kanssa.
Yhteenveto• Hankkeessa testatuista menetelmistä rautasulfaatin
annostelu oli toimiva ratkaisu.• Annostelijoita voidaan käyttää kohteissa, joissa
veden liuenneen fosforin pitoisuus on korkea. Jokaisen ojan suulle niitä ei kannata rakentaa, osin kustannusten vuoksi ja osin riskien välttämiseksi.
• Kiinteät fosforin pidättäjät ovat (edelleenkin) tulevaisuuden lupaus.
• Kiinteiden pidättäjien kehittelyä on syytä jatkaa, jos fosforia halutaan kerätä takaisin kierrätettäväksi. Lisäksi ne ovat liukoisia kemikaaleja turvallisempi vaihtoehto, koska yliannostuksen riski on vähäinen.
Lämpimät kiitokset hankkeeseen osallistuneille viljelijöille, koealueiden suojeluyhdistysten aktiiveille ja Pirkanmaan ympäristökeskukselle arvokkaasta panoksestanne tähän tutkimukseen.
Recommended