Humusvesien puhdistus - VTT · 2020. 3. 9. · Humusvesien puhdistus EAKR-hanke HUMUSVESI kehitti kustannustehokasta humusvesien puhdistusteknologiaa. Puhdistuksessa hyödynnettiin

Humusvesien puhdistus EAKR-hanke HUMUSVESI kehitti kustannustehokasta humusvesien puhdistusteknologiaa Puhdistuksessa hyoumldynnettiin maaperaumlstauml ja teollisuuden sivuvirroista laumlhtoumlisin olevien materiaalien saumlhkoumlkemiallisia ominaisuuksia Projekti toteutettiin yhteistyoumlssauml VTTn JAMKn NRM Oyn Keski-Suomen Metsaumlkeskuksen Vapo Oyn ja Turveruukki Oyn kanssa Ison joukon maa-aineksia ja teollisuuden sivuvirtoja mahdollisuudet ja rajoitteet humusvesien puhdistuksessa tutkittiin Kalkkituotteet ja serpentiniitti todettiin parhaiksi materiaaleiksi Jos tarvitaan merkittaumlvaumlauml pitkaumlaikaista humuksen (liuennut orgaaninen aines) ja ravinteiden poistoa tarvitaan kemikaalisaostusta Humusveden puhdistus kaupallisella hiekkasuodatustekniikalla yhdistettynauml kemikaalisaostukseen tuottaisi puhtainta vettauml 1ndash2 euroMWh kalliimmalla hinnalla kuin pintavalutustekniikka Kiintoaine- humus- ja fosforipaumlaumlstoumlt vaumlhenevaumlt ja pH pysyy hyvaumlksyttaumlvaumlllauml tasolla kalkin ansiosta Saumlhkoumlkemiallinen humusmittaus vaatii vielauml jatkokehitystauml Pienimuotoisesti tutkittiin mikrobiologian ja kalvosuodatuksen mahdollisuuksia humusvesien puhdistuksessa Ojitetulla pintavalutuskentaumlllauml saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) valmistusprosessin sivutuote nosti poistuvan veden pHta 1ndash15 yksikkoumlauml ehkaumlisi fosforin liukenemista ja poisti jonkin verran humusta muttei riittaumlvaumlsti Hiekkasuodinkontissa sekauml kalkkikivi- ettauml serpentiniittihiekka nostivat pHn neutraalille alueelle Reduktiot olivat humukselle (DOC) 11ndash16 fosforille 21ndash23 ja kiintoaineelle 37 tai 60 mikaumlli kiintoaineesta otetaan pois hiekasta tuleva lisauml Suodosten pitoisuudet olivat DOClle ja kiintoaineelle luonnon humusvesien tasolla Ongelmalliset huippuvirtaamat esitetaumlaumln ratkaistavaksi tasausaltailla ja mittauksen perusteella hallitulla ohijuoksutuksella

ISBN 978-951-38-8309-6 (nid) ISBN 978-951-38-8310-2 (URL httpwwwvttfipublicationsindexjsp) ISSN-L 2242-1211 ISSN 2242-1211 (Painettu) ISSN 2242-122X (Verkkojulkaisu)

VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223

Humusvesien puhdistus Pentti Pirkonen | Veli Seppaumlnen | Juha Heikkinen | Tarja Stenman | Tiina Siimekselauml |

VTT TECHNOLOGY 223

Humusvesien puhdistus

Pentti Pirkonen

Veli Seppaumlnen

Juha Heikkinen

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Tarja Stenman

Tiina Siimekselauml

JAMK Biotalousinstituutti

ISBN 978-951-38-8309-6 (nid) ISBN 978-951-38-8310-2 (URL httpwwwvttfipublicationsindexjsp)

VTT Technology 223

ISSN-L 2242-1211 ISSN 2242-1211 (Painettu) ISSN 2242-122X (Verkkojulkaisu)

Copyright copy VTT 2015

JULKAISIJA ndash UTGIVARE ndash PUBLISHER

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy PL 1000 (Tekniikantie 4 A Espoo) 02044 VTT Puh 020 722 111 faksi 020 722 7001

Teknologiska forskningscentralen VTT Ab PB 1000 (Teknikvaumlgen 4 A Esbo) FI-02044 VTT Tfn +358 20 722 111 telefax +358 20 722 7001

VTT Technical Research Centre of Finland Ltd PO Box 1000 (Tekniikantie 4 A Espoo) FI-02044 VTT Finland Tel +358 20 722 111 fax +358 20 722 7001

Juvenes Print Tampere 2015

3

EsipuheJulkaisu liittyy EAKR-hankkeeseen HUMUSVESI jonka tavoitteena oli kustannus-tehokkaan puhdistusmenetelmaumln kehittaumlminen humuspitoisten vesien puhdistami-seen sekauml jatkuvatoimisen ympaumlrivuotisen etaumlmonitoroitavan mittausmenetelmaumlnkehittaumlminen Puhdistukseen kaumlytettiin maaperaumlstauml laumlhtoumlisin olevia materiaalejasekauml teollisuuden sivuvirtoja Paumlaumlpaino oli Saarijaumlrven vesistoumln valumavesissauml

Projekti toteutettiin yhteistyoumlssauml VTTn Jyvaumlskylaumln ammattikorkeakoulun Biotalo-usinstituutin (aik luonnonvarainstituutti) (JAMK) Natural Resource Management OynKeski-Suomen Metsaumlkeskuksen Vapo Oyn ja Turveruukki Oyn kanssa Hankkeenohjausryhmaumlaumln kuuluivatHilkka Laine Keski-Suomen liittoJaakko Soikkeli (Ilkka Heikkilauml 2012 ja Jari Marja-aho 2013ndash) Vapo OyTarja Vaumlyrynen (2012ndash2014) Miia Heikkinen (2014) ja Veijo Leiviskauml (2014ndash2015)Turveruukki OyPekka Aumlaumlnismaa (Tarja Stenman) JAMKJuha Jaumlmsen (Tero Ojarinta) Suomen metsaumlkeskusArja Koistinen (Paumlivi Saari 2012ndash2013) Keski-Suomen Ely-keskusJussi Kukkonen Jyvaumlskylaumln yliopistoSeppo Heimala NRM OySakari Laitinen NRM OyJanne Poranen VTTPentti Pirkonen VTTSanna Idstroumlm VTT

Hankkeen projektiryhmaumlaumln kuuluivat

Pentti Pirkonen Juha Heikkinen Veli Seppaumlnen Jorma Ihalainen ja Riitta Poumlnty-nen VTTltauml Seppo Heimala ja Sakari Laitinen NRM Oystauml Tarja Stenman TiinaSiimekselauml Hannu Vilkkilauml Samuli Lahtela ja Tarmo Lampila JAMKista JaakkoSoikkeli Anneli Wichmann ja Jari Marja-aho Vapo Oystauml

Jyvaumlskylauml 2822015Tekijaumlt

4

SisaumlltoumlEsipuhe 3

1 Johdanto 6

2 Kirjallisuus 921 Maaperaumlaineiden pidaumltyskyky 922 Sorptio 1023 Saostus 1324 Hiekkasuodatus 14

3 Puhdistuksessa kaumlytetyt materiaalit ja analyysit 1631 Materiaalit 1632 Analyysit 17

321 Materiaalianalyysit 17322 Vesianalyysit 19

4 Sorptio- ja saostuskokeet laboratoriossa 2441 Sorptio- ja saostuslaitteet 2442 Sorptio- ja saostuskokeiden tulokset vaiheesta 1 27

421 Sorptiokokeet 27422 Saostuskokeet 29

43 Sorptiokokeiden tulokset vaiheesta 2 32431 Saostusajan vaikutus reduktioihin 32432 Sortioaineiden ja hiekan sekoitteet 33433 Teraumlstehtaan kuona ja nikkelikaivoksen sivukivi 39

44 Yhteenveto laboratoriossa tehdyistauml sorptio- ja saostuskokeista 43

5 Mikrobiologinen humuksen poisto 4551 Mikrobiologiset kokeet 45

511 Materiaalit ja menetelmaumlt 45512 Mikrobikokeiden tulokset 45

52 Johtopaumlaumltoumlkset mikrobikokeista 47

6 Humusveden konsentrointi mikro- ja ultrasuodatuksellla 4861 Tavoite kalvosuodatuksessa 48

5

62 Menetelmaumlt ja laitteet 4863 Tulokset konsentrointikokeista 4964 Johtopaumlaumltoumlkset konsentrointikokeista 53

7 Kenttaumltutkimukset 5471 Valumavesien puhdistus Pirtti-Peurusuolla 5472 Koejaumlrjestelyt ja mittaukset 54

721 PCC-kalkki pintavalutuskentaumlllauml 54722 Kenttaumlpilotti 2 Suodatuskontti 57

73 Tulokset 60731 Kenttaumlpilotti 1 PCC-kalkin puhdistusteho ojitetussa

pintavalutuskentaumlssauml 60732 Kenttaumlpilotti 2 Suodatuskontin puhdistusteho 63

74 Johtopaumlaumltoumlkset kenttaumlpilottikokeista 63741 Kenttaumlpilotti 1 PCC-kalkki ojitetussa pintavalutuskentaumlssauml 63742 Kenttaumlpilotti 2 Suodatuskontti 65

8 Humusvesien saumlhkoumlkemiallinen mittausmenetelmauml 6681 Saumlhkoumlkemiallinen mittausmenetelmauml 6682 Laboratoriokokeet 67

821 Materiaalit ja menetelmaumlt 67822 Laboratoriomittausten tulokset 68

83 Mittaukset kenttaumlolosuhteissa 69831 Materiaalit ja menetelmaumlt 69832 Saumlhkoumlkemiallisten humusmittausten tulokset 70

9 Puhdistusmenetelmien tehon ja kustannusten arviointi 71

10 Yhteenveto 76

11 Projektissa syntyneet raportit ja julkaisut 79

Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto

Vuosituhannen vaihteen jaumllkeen turvetuotannon vesistoumlvaikutuksista on kaumlytylaajaa yhteiskunnallista keskustelua erityisesti Keski-Suomen alueella Yleinensuhtautuminen turvetuotantoon on muodostunut jopa hyvin kielteiseksi Samallaalueella harjoitettava maa- ja metsaumltalous aiheuttavat vesistoumlihin samansuuntaisiavesistoumlvaikutuksia joskaan niihin ei ole kohdistettu yhtauml suurta kritiikkiauml kuin turve-tuotannon vaikutuksiin Kokonaiskuormitusta vesistoumlvaikutuksista on vaikea arvi-oida tarkasti koska turvetuotannon paumlaumlstoumljauml seurataan paljon kattavammin kuinmaa- ja metsaumltalouden huuhtoumia

Valumavesissauml on kiintoainetta liuenneita orgaanisia ja epaumlorgaanisia aineitaHaasteen puhdistusjaumlrjestelmille aiheuttavat suuret virtausmaumlaumlraumlt kevaumlaumlllauml jasuuret sateet Lienee selvaumlauml ettauml laumlhitulevaisuudessa kaikkien maankaumlyttoumlmuoto-jen vesienkaumlsittelymenetelmaumlt on rakennettava sellaisiksi ettauml vastaanottavanvesistoumln veden laatu ei huonone Viime vuosina aiheesta ovat tehneet runsaastitutkimuksia sekauml tutkimuslaitokset ettauml eri maankaumlyttoumlmuotoja edustavat tahotMetsaumltalous on selvaumlsti suurin turvemaiden kaumlyttoumltapa

Vallitsevan oikeuskaumlytaumlnnoumln perusteella turvetuotannon valumavesien perussuoje-lurakenteiden jaumllkeisen vesiensuojelun parasta tekniikkaa ovat ympaumlrivuotinen pinta-valutus erikoistapauksissa kemikalointi ja naumliden yhdistelmauml sekauml kasvillisuuskent-taumlkosteikko vanhoilla soilla

Metsaumltalouden vesistoumlvaikutukset syntyvaumlt ravinteista kiintoaineesta ja humukses-ta Metsaumltaloudessa vesiensuojelumenetelmiauml ovat suojakaistat lietekuopat perkaus-katkot laskeutusaltaat pintavalutus sekauml pohja- ja putkipadot riippuen maankaumlsittely-tavasta Uuden vesilain myoumltauml on kunnostusojituksille tullut ilmoitusvelvollisuus 60 vrkennen ojitusta ELY-keskuksiin Paumlaumlstoumljen mittausvelvoitetta ei ole

Maatalouden vesistoumlvaikutuksissa korostuu ravinteiden osuus Ympaumlristoumltuki ohjaakeskeisesti maatalouden vesiensuojelua edellyttaumlen esim suojakaistoja Myoumls nitraat-tiasetus (paumlivityksessauml) ja elaumlinsuojien ympaumlristoumlluvat ovat taumlrkeitauml maatalouden paumlaumls-toumljen vaumlhentaumlmisessauml Maataloudessakaan ei ole paumlaumlstoumljen mittausvelvoitteita

Turvetuotantoalueeelta tulevien valumavesien puhdistuksessa pyritaumlaumln saavutta-maan ympaumlristoumlluvan mukaiset paumlaumlstoumlarvot Puhdistettaviin vesiin eivaumlt kuulu eris-tysojista tulevat vedet Pintavalutuskenttien reduktio-vaatimuksia (koko vuoden kes-kiarvo) on tullut muutaman viime vuoden aikana kiintoaine 50 P 50 ja N 20ndash30 Joissakin tapauksissa on annettu myoumls pitoisuusrajoja (mgl) laumlhtevaumllle vedelleKemikalointiasemille voidaan lisaumlksi vaatia CODMnlle reduktio 50ndash75 Vesistoumln

7

seurantaa tehdaumlaumln myoumls tuotantoalueen ylauml- ja alapuolisessa vesistoumlssaumlHUMUSVESI-hankkeessa pyrittiin saavuttamaan taulukossa 1 mainitut valumavedenpuhdistusreduktiot mutta jos suodoksen pitoisuus alittaa alla mainitun pitoisuudenreduktio voi olla alhaisempi Virtaama perustuu jatkuvatoimiseen mittaukseen Pitoi-suuden mittauksista jatkuvatoimisia mittauksia ovat pH kiintoaineen mittaus laskettunasameuden mittauksesta kokonaistyppi ja liukoinen fosfori joka ei kulje kiintoaineenmukana Vaumlrin mittaus perustuu kaumlsinaumlytteenoton naumlytteistauml laboratoriossa suoritetta-vaan mittaukseen standardin SFS-EN ISO 78871995 mukaan Puhdistustavoite pitaumlisiarvioida vastaanottavan vesistoumln pitoisuuksien perusteella

HUMUSVESI-projektissa tavoiteltava puhdistusreduktio tai pitoisuusTaulukko 1(toinen tavoitteista riittaumlauml)

Reduktio PitoisuusKiintoaine (12 microm suo-din)

50 alle 8 mgl

CODMn 50 alle 50 mglVaumlri 50 alle 250 mg PtlKok P 50 alle 40 microglKoko N 20 alle 1000 microglpH 4ndash10Ammoniumtyppi tarkkailtava tarkkailtavaFosfaattifosfori (suod) tarkkailtava tarkkailtavaRauta tarkkailtava tarkkailtava

Luonnontilaisten pintavesien pH-arvo on yleensauml lievaumlsti hapan pH 6ndash7 pH-arvoissa tapahtuu kuitenkin vuotuista ja vuorokautista vaihtelua Suomen sisauml-vesien keskimaumlaumlraumlinen happamuus on virtaavien vesien havaintopaikoilla pH 66ja jaumlrvisyvaumlnteiden havaintopaikoilla pH 69 (pintavesi kesaumlllauml) Vesien elioumlstouml onsopeutunut elaumlmaumlaumln laumlhinnauml pH-alueella 6ndash8 (wwwymparistofi)

Suomessa humuksen antama ruskea vaumlri on luonteenomainen piirre suurimmalleosalle vesistoumlistauml Suomen vesistoumljen keskimaumlaumlraumlinen vaumlrin arvo on 51 mg Ptl Vedenvaumlri 66 mg Ptl vastaa suunnilleen maumlaumlraumlauml 1 mgl humusta (wwwymparistofi)

Fosfori on toisen paumlaumlkasviravinteen typen ohella vesien tuotannon ja rehevoumlitymi-sen kannalta taumlrkein ravinne Luonnonoloissa fosfori on laumlhtoumlisin fosforipitoisista kivila-jeista mistauml se laumlhtee rapautumisen seurauksena liikkeelle Luonnonhuuhtoumanlisaumlksi fosforia kulkeutuu vesiin runsaasti ihmisen toiminnan seurauksena mikauml onkintaumlrkein syy vesien rehevoumlitymiseen Typpi esiintyy vedessauml liuenneina liukenematto-mina tai kolloidisina orgaanisina yhdisteinauml tai liuenneina epaumlorgaanisina yhdisteinaumlammoniumina ammoniakkina nitraattina nitriittinauml ja vapaana typpenauml Leville kaumlyttouml-kelpoisia ovat epaumlorgaaniset typpiyhdisteet taumlrkeimpinauml ja yleisimpinauml nitraatti ja am-monium Kokonaistypellauml tarkoitetaan veden sisaumlltaumlmaumln typen kokonaismaumlaumlraumlauml(wwwymparistofi)

8

Keskeinen osassa kehitettaumlvaumlauml puhdistusmenetelmaumlauml olivat hienojakoiset luonnonmineraalit joilla on runsaasti pintavarausta Ensimmaumlisessauml vaiheessa laumlhdettiin tutki-maan savimineraaleja alkuperaumlisen Seppo Heimalan idean pohjalta mutta myoumlhem-min tutkimukset kattoivat laajan joukon muita luonnon mineraaleja ja teollisuudensivuvirta-aineksia

Puhdistusmenetelmaumln ohella kehitettiin humusvesien saumlhkoumlkemiallisiin muutoksiinperustuvaa menetelmaumlauml humusvesien ominaisuuksien mittaukseen keskittyen alku-vaiheessa liuenneen orgaanisen aineen (DOC) mittaamiseen

9

2 Kirjallisuus

Humusvesien puhdistusta kaumlsittelevauml kirjallisuus on esitetty kokonaisuudessaanraportissa rdquoHUMUSVESI-hanke Kirjallisuusselvitysrdquo (Heikkinen et al 2013 ksluku 11)

21 Maaperaumlaineiden pidaumltyskyky

Orgaanisella aineksella on suuresta ioninvaihtokapasiteetista johtuen kyky sitoalaumlhes kaikkia alkuaineita (Nikkarinen et al 2008)

Saveksi maumlaumlritellaumlaumln kooltaan alle 0002 mm rakeet Naumlmauml hiukkaset ovat ohuitalevyjauml ja muodostavat veteen ns kolloidisen liuoksen eli vedessauml on pieniauml hiukkasiakuitenkin suurempia kuin varsinaisissa liuoksissa esiintyvaumlt ionit (Ronkainen 2012)

Humusaineet jaetaan humushappoihin (paumlaumlasiallisin vaumlrin aiheuttaja) fulvohappoi-hin ja humiineihin Humuksella on hyvin suuri pinta-ala ja kationinvaihtokapasiteettiYleensauml se myoumls edistaumlauml maapartikkeleiden aggregoitumista (Seppaumlnen 2010)

Haitta-aineet pidaumlttyvaumlt maaperaumlaumln paumlaumlasiassa sorptiolla Sorptiossa aine pidaumlttyynesteestauml kiinteaumlaumln aineeseen ja kaumlsittaumlauml siis adsorption absorption ioninvaihdonkompleksin muodostuksen kerasaostumisen ja kemisorption Maaperaumln sorptiokapa-siteettiin vaikuttavat maaperaumln pH hapetus-pelkistysolot kosteus maaperaumln koostu-mus vapaiden sorptiopaikkojen maumlaumlrauml ja reaktiivisuus sorbentin ominaisuudet sekaumlkilpailevien kationien ja yhdisteiden maumlaumlrauml sekauml kemialliset ominaisuudet (Pakkila2008)

Tekopohjaveden valmistuksessa taumlrkeimmaumlt mekanismit joiden kautta maaperaumlaumlnsuotautuva vesi puhdistuu ovat mekaaninen suotautuminen adsorptio ja biokemialli-nen hajoaminen Pohjaveden muodostumisen kannalta maaperauml on suodatin Adsorp-tiota pidetaumlaumln veden taumlrkeimpaumlnauml puhdistumismekanismina Adsorptiossa on kyseaineiden kiinnittymisestauml maapartikkelien pinnalle kemiallisten tai saumlhkoumlisten voimienvaikutuksesta Maaperaumln savipitoisuus ja humuksen aromaattisuus ja hydrofobisuusparantavat adsorptiota Maaperaumlssauml oleva orgaaninen aines ja humuksen happamuuspuolestaan heikentaumlvaumlt adsorptiota Tekopohjaveden kemiallinen puhdistuminen liittyyhiilen typen kalsiumin raudan mangaanin ja rikin reaktioihin Naumlihin reaktioihin vai-kuttavat voimakkaasti eri aineiden hapetus-pelkistystasapaino Biokemiallisessa jabakteeriperaumlisessauml puhdistumisessa on paumlaumlosin kyse orgaanisen hiilipitoisen aineen

10

hajottamisesta hiilidioksidiksi vedeksi erilaisiksi hapoiksi ja uudeksi biomassaksi(Raumlnkman 2010)

22 Sorptio

Sorptio kaumlsittaumlauml useita erilaisia reaktioita kuten adsorption desorption absorptionioninvaihdon pintakompleksoinnin ja kemisorption Sidosten vahvuus sorptoivanpinnan ja liuenneen yhdisteen vaumllillauml vaihtelee Sorptioreaktiot ovat reversiibilejauml jatapahtuvat nopeasti Sorptioreaktiot ovat yleensauml riippuvaisia systeemin pH-arvosta (Wahlstroumlm ja Laine-Ylijoki 1997)

Adsorptiossa aine kiinnittyy kiinteaumln aineen pintaan ja absorptiossa aine kiinnittyyhuokoisen partikkelin sisaumllle Metalli-ionit voivat adsorboitua sekauml orgaanisen aineenpintaan ettauml mineraaleihin Metalli-ionien adsorptio turpeeseen perustuu osittain hu-muksen kanssa muodostuviin kompleksiyhdisteisiin Kerasaostumiessa haitta-aineetadsorboituvat saostuvan yhdisteen pinnalle Kemisorptiossa liukoinen aine kiinnittyykiinteaumln aineen (esim kivi sedimentti) pintaan kemiallisin sidoksin (Pakkila 2008)

Lukuisia materiaaleja on testattu humushapon adsorptioon kuten esimerkiksi aktii-vihiiltauml (Ferro-Garcia et al 1998 Han et al 2003 Chen ja Wu 2004 Daifullah et al2004) kerroksellisia savimineraaleja (Wibulswas et al 1998 Abate ja Masini 2003Salman et al 2007 Doulia et al 2009) zeoliitteja (Kaneco et al 2003) Capasso et al2005 kitosaania (Yan ja Bai 2005) sekauml rautaoksideja (Evanko ja Dzombak 1998Vermeer et al 1998 Weng et al 2006 Weng et al 2007)

Kuvassa 1 havaitaan humushappojen ja fulvohappojen adsorption erilaisuus vaik-ka molempien adsorptio on tehokkainta alhaisemmassa pHssa pH-alueella 4ndash7 hu-mushappojen adsorptio on suurempaa kuin fulvohappojen adsorptio kaoliiniin

11

Kuva 1 Humus- ja fulvohappojen adsorptio kaoliiniin eri pHssa (Murphyja Zachara 1995)

Maaperaumln kationinvaihtokapasiteetin CEC yksikkouml on cmolckg (senttimoolia posi-tiivista varausta per kg materiaalia) tai meq100 g (milliekvivalenttia per 100grammaa materiaalia) Molemmat ovat numeerisesti yhtaumlsuuria eli 10 cmolckg =10 meq100 g (Cornell University 2007)

Humuksen kationinvaihtokapasiteetti on suuri jopa 60ndash300 cmolc kgndash1 kun pH = 7mikauml voi selittaumlauml 25ndash90 mineraalimaan kationinvaihtokapasiteetista humuksen pitoi-suudella mineraalimaassa Taulukossa 1 on esitetty eri savimineraalien kationinvaihto-kapasiteetteja (Sparks 1995)

12

Savimineraalien kationinvaihtokapasiteettejaTaulukko 2

Akbourin et al (2002) mukaan humushapon adsorptio kaoliniittiin lisaumlauml sen nega-tiivista pintavarausta ja siten vaumlhentaumlauml kolloidien kasaantumista Humuksella pin-noittuneiden kaoliniittikolloidien kerrostuminen paranee kun Ca2+-ionien pitoisuussuspensiossa lisaumlaumlntyy Sharman (2010) mukaan orgaaninen kerros savien pin-nalla voi muuttaa savimineraalin pinnan reaktiivisuutta ja lisaumltauml metalliepaumlpuhtauk-sien kuten arseenin mahdollisten sitoutumispaikkojen lukumaumlaumlraumlauml

Kuvassa 2 on esitetty kaoliinisaven adsorptiokapasiteetti turpeesta peraumlisin oleval-le humushapolle Kuvasta voidaan arvioida ettauml orgaanisen hiilen maksimiadsorp-tiokapasiteetti on noin 14 g(HS)kg kaoliinisavea (Balcke et al 2002)

13

Kuva 2 Turpeesta peraumlisin olevan humushapon (HA) adsorptio kaoliiniinmitattuna orgaanisena hiilenauml (HS) (Kranichfeld H8 WesternErzgebirge Germany)

Lentotuhkalla on saatu adsorptiokapasiteetiksi humushapolle 36 g(HS)kg (Wanget al 2007) Kun modifioidaan esimerkiksi zeoliittia reaktiiviseksi nanozeoliitiksiniin voidaan saavuttaa humushapon adsorptiokapasiteetti 675 g(HS)kg modifioi-tua zeoliittia A (Tashauoei et al 2010) Aktiivihiilellauml humushapon adsorptiokapasi-teetiksi on saatu 69 g(HS)kg aktiivihiiltauml (Ferro-Garciacutea et al 1998)

23 Saostus

Kemiallisessa saostuksessa kemikaalia lisaumltaumlaumln ionireaktioiden aikaansaamiseksitai kolloidien saumlhkoumlisiauml poistovoimia aiheuttavien varausten poistamiseksi tavalli-sesti Al- tai Fe-suolaliuoksella Saostuskemikaali neutraloi humuksen ja savimine-raalien negatiivista pintavarausta ja saa epaumlpuhtaudet tarttumaan toisiinsa muo-dostaen isompia flokkeja Samassa yhteydessauml poistuu myoumls osa liuenneistaaineista jotka muodostavat metalli-ionien kanssa niukkaliukoisia yhdisteitauml Flokiterotetaan vedestauml joko laskeuttamalla selkeytysaltaan pohjalle tai nostamallapienten ilmakuplien avulla altaan pinnalle flotaation avulla Yleensauml kaumlytetyt saos-tuskemikaalit laskevat veden pHta Flokkauksessa muodostuneet flokit ovat heik-korakenteisia ja rikkoutuvat helposti

Saostuksen apuaineet ovat tyypillisesti partikkelimaisia aineita kuten savi Niitaumlkaumlytetaumlaumln erityisesti laitoksilla joiden raakavedessauml on hyvin vaumlhaumln irtopartikkeleitaNiiden kaumlyttouml perustuu partikkeleiden toimintaan kiinnittymisalustana saostuksessaneutraloiduille partikkeleille Koska naumliden apuaineiden tiheys on suurempi kuin mui-

14

den vedessauml olevien partikkeleiden ovat myoumls niiden muodostamat flokit tiheaumlmpiauml jalaskeutuvat nopeammin (Poutanen 2012)

Saostuksella voidaan poistaa paitsi suspendoitunutta kolloidia ja liuennutta or-gaanista ainetta (Dissolved organic matter DOM) myoumls patogeeneja Saostuksentehokkuuteen erityisesti NOMn (Natural organic matter) ja partikkelien osalta vaikutta-vat koagulantti ja sen annostelu pH laumlmpoumltila ja NOMn ominaisuudet SaostuksessaNOMn suuret molekyylikoot poistuvat laumlhes kokonaan Keskisuuretkin molekyylikootpoistuvat riittaumlvaumlsti mutta pienet molekyylit ovat vaikeita poistaa Saostukseen kaumlytet-taumlvistauml kemikaaleista tavallisimpia ovat alumiini- ja rautasuolat Rautasuolat ovat saos-tajina tehokkaampia kuin alumiinisuolat Rautasuolojen tehokkuus tulee esille juurikeskisuurten molekyylien poistamisessa Rautasuolojen ohella polyalumiinikloridi onosoittautunut erinomaiseksi saostajaksi koska se toimii laajoilla pH- ja laumlmpoumltila-alueilla (Raumlnkman 2010)

Fosforiyhdisteet voidaan saostaa jaumltevedestauml tehokkaasti kalsiumionien avullaSaostumisen edellyttaumlmauml korkea pH (10ndash12) saavutetaan kaumlyttaumlmaumlllauml kalsiumoksidiatai kalsiumhydroksidia Kalsiumionit reagoivat paumlaumlasiassa jaumlteveden ortofosfaatinkanssa muodostaen hydroksiapatiittia joka on niukkaliukoista korkeissa pH-arvoissaSamalla saostuu myoumls osa veden bikarbonaatti- ja magnesiumioneista sekauml orgaanis-ta ainesta (wwwnordkalkfi 2013)

24 Hiekkasuodatus

Hiekkasuodatuksessa vesi johdetaan suodatinmateriaalin laumlpi ja kiinteaumlt epaumlpuh-taudet jaumlaumlvaumlt suodattimen pinnalle tai pidaumlttyvaumlt suodatinmateriaaliin Hiek-kasuodatuksella voidaan poistaa kemiallisen saostuksen selkeytysvaiheen jaumllkeenveteen jaumlaumlneet flokit Menetelmaumlauml kaumlytetaumlaumln vesilaitoksilla myoumls poistamaan rau-taa mangaania ja humusta pohjavedestauml Pintakuorma on lt 10 mh

Hiekkapikasuodatuksessa erotetaan imeytettaumlvaumlstauml vedestauml karkeat partikkelit Pi-kasuodatus toteutetaan johtamalla vesi sorasta ja hiekasta koostuvan suodatinainek-sen laumlpi jolloin karkeiden partikkelien lisaumlksi osa raudasta ja mangaanista saostuuhapettumisen kautta Pintakuorma pikasuodatuksessa on 10ndash20 mh

Eraumlaumln tutkimuksen yhteydessauml tehdyissauml hiekkasuodatuskokeissa suodatusnope-us oli 37ndash8 mh jolloin saavutettiin vaumlhenemauml 33 sameudelle 55 kiintoaineelleja 80ndash90 bakteereille Toisessa tutkimuksessa tutkittiin Kokemaumlenjoen veden puh-distumista hiekkasuodattimissa joissa hiekan raekoko oli 08ndash12 mm Kokeessasaavutettiin 60 mh suodatusnopeudella 69 46 ja 6 vaumlhenemaumlt kiintoaineensameuden ja kemiallisen hapenkulutuksen (CODMn) osalta (Raumlnkman 2010)

Kemiallista kaumlsittelyauml ja hiekkasuodatusta tekopohjaveden valmistuksessa on ver-tailtu esimerkiksi TEMU-tutkimushankkeen yhteydessauml Kemiallinen kaumlsittely vaumlhentaumlaumlimeytettaumlvaumln veden mukana kulkeutuvan aineksen maumlaumlraumlauml mahdollistaa alle kuukau-den viipymaumlajan poistaa imeytettaumlvaumlstauml vedestauml happea kuluttavaa orgaanista aines-ta ja vaumlhentaumlauml imeytettaumlvaumlssauml vedessauml olevien patogeenien maumlaumlraumlauml Vastaavastikemiallisen esikaumlsittelyn haittoja ovat kalliimmat investointi- ja kaumlyttoumlkustannukset kuinmekaanisessa hiekkapikasuodatuksessa Kemiallisessa esikaumlsittelyssauml muodostuvan

15

lietteen maumlaumlrauml on merkittaumlvaumlsti suurempi kuin mekaanisessa kaumlsittelyssauml Myoumls vedensuolojen maumlaumlrauml lisaumlaumlntyy ja pH-arvo laskee kemiallisen esikaumlsittelyn vaikutuksesta(Raumlnkman 2010)

Kontaktisuodatuksessa saostuskemikaali syoumltetaumlaumln veteen juuri ennen suodatintaKaikki kaumlsittelyyn liittyvaumlt operaatiot tapahtuvat suodattimessa joka tavallisesti onhiekkasuodatin tai kaksikerrossuodatin Myoumls kaumlaumlnteissuodatinta on mahdollista kaumlyt-taumlauml Yleisesti ottaen kontaktisuodatus sopii vesille joiden humuspitoisuus ei ole kovinsuuri Esimerkiksi DynaSand-suodattimilla toteutettava pintaveden kontaktisuodatuson kaumlytoumlssauml lukuisilla suomalaisillakin vesilaitoksilla (HyXo Oy 2013) Naumliden laitostenvirtaamat ovat olleet vaumllillauml 10ndash525 m3h (Raumlnkman 2010)

16

3 Puhdistuksessa kaumlytetyt materiaalit jaanalyysit

31 Materiaalit

Humuksen saostamistutkimukset aloitettiin alkuperaumlisen idean mukaan erilaisillasavilla Tutkimuksen kuluessa kuitenkin jouduttiin maa-ainesvalikoimaa laajenta-maan runsaasti koska savilla yksinaumlaumln ei saatu riittaumlvaumln hyviauml tuloksia Tutkimuk-sissa mukana olevia puhdistusmateriaaleja olivat

Erilaiset savet (Kuokkala Hankasalmi Kaijansuo Mesiaumlnsuo Loumlytynneva) Erilaiset tuhkat (Keljonlahden ja Kaipolan lentotuhka ja Keljonlahden poh-

jatuhka) Kalkkikivi (kalsiumkarbonaatti) (Nordkalk) Sammutettu kalkki (kalsiumhydroksidi) (Nordkalk) PCC-tuotannon sivutuotteet (Jaala)(Mahtikalkki kalkkikivirouhe joka sisaumll-

taumlauml n 20 sammutettua kalkkia) ja (Aumlaumlnekoski) Lannoitetuotannon kipsi (Siilinjaumlrvi) ja rikinpoistokipsi (Vaasa) Kaoliini (alumiinisilikaatti) (Juuka) Biotiitti (tumma kiille silikaattimineraali) (Siilinjaumlrvi) Jaumlrvimalmi (rautaoksideja) (Leppaumlvesi ja Rantsila) Teraumlskuonatuotteet (Tornio ja Imatra) Vuolukivijauhe (Vaala) Rahkasammal (Vapo) Serpentiniitti (rapautunut) (Nivala) Alumiinisulfaatti (jauhemainen)(Kemira) Ferrisulfaatti (nestemaumlinen ja rakeinen)(Kemira)

Valumavedet valittiin siten ettauml ne suurimmaksi osaksi edustivat Saarijaumlrven ve-sistoumln valuma-aluetta Turvetuotannon valumavesistauml tutkimuksen kohteeksi otet-tiin Mesiaumlnsuo Joutsasta Loumlytynneva Ylivieskasta ja paumlaumlkohteina Karstulan Kai-jansuon lohkot L32 ja L33 Karstulasta sekauml Multian Pirtti-Peurusuon pintavalutus-kentaumlt 1 ja 2

17

32 Analyysit

321 Materiaalianalyysit

Savet ja liejut ovat hyvin monimutkaisia rakenteeltaan ja muuttujia on paljon Mer-kittaumlvimpiauml ovat

vesipitoisuus raekokojakauma savipitoisuus humuspitoisuus rikkipitoisuus reaktiokykyiset yhdisteet (liukoinenamorfinen Si Al) kationinvaihtokapasiteetti

Mitauml suurempi on savipitoisuus sitauml suurempi on ominaispinta-ala reaktioita var-ten Savimateriaaleille maumlaumlritettiin alkuaineanalyysien lisaumlksi partikkelikokoja-kauma ja ominaispinta-ala (Taulukko 3) Pienimmaumlt partikkelikoot ja vastaavastisuurimmat ominaispinta-alat ovat Kuokkalasta ja Hankasalmelta otetuissa naumlyt-teissauml Naumlissauml naumlytteissauml on muita naumlytteitauml enemmaumln alumiinia kaliumia kal-siumia magnesiumia rautaa ja titaania Taulukossa 4 on esitetty alkuaineanalyy-sien tulokset myoumls Nordkalkin sammutetulle kalkille Mahtikalkille Kaipolan lento-tuhkalle ja Siilinjaumlrven kipsille Kaikissa naumlytteissauml oli paljon kalsiumia Kaipolanlentotuhkassa oli muita enemmaumln alumiinia fosforia magnesiumia mangaanianatriumia ja rautaa kun taas Siilinjaumlrven kipsissauml oli muita huomattavasti enem-maumln rikkiauml

Labtium Oyssauml tehtiin monialkuainemaumlaumlritys ICP-OES-tekniikalla jonka perusteel-la laskettiin kationinvaihtokapasiteetti (CEC) seuraavasti

CEC = [Al+++] + [Ca++] + [Fe++] + [Mg++] + [K+] + [Na+] + [H+] (cmol+kg)

Kuvassa 3 on esitetty kationinvaihtokapasiteettimaumlaumlritysten tulokset Silmaumlmaumlaumlraumli-sesti Kuokkalasta ja Hankasalmelta otetut naumlytteet olivat eniten savimaisia kutenvoidaan paumlaumltellauml myoumls partikkelikokoanalyysin tuloksista Loumlytynnevan naumlytteenAl3+ ja H+ -pitoisuudet poikkeavat muista aiheuttaen muita isomman CEC-tuloksen mikauml saattaa johtua Loumlytynnevan suuresta orgaanisesta kiintoainepitoi-suudesta

18

Kuva 3 Eri paikoista keraumlttyjen savinaumlytteiden kationinvaihtokapasiteetit

VTTllauml maumlaumlritettiin nesteen varaustila mittaamalla kationisuus- tai anionisuustarvelaittamalla 1 gl materiaalia joko ionivaihdettuun veteen tai Kaijansuon humuspitoi-seen veteen Laitteisto koostuu kahdesta laitteesta Muumltek PCD-Titrator two jaMuumltek PCD 03 pH Particle Charge Detector

Kuvassa 4 on esitetty varaustila edellauml mainituissa olosuhteissa Kuvasta havai-taan ettauml Kaijansuon ns luontaista varaustilaa eniten muuttavat ferrisulfaatti alumiini-sulfaatti ja sammutettu kalkki (kalsiumhydroksidi) sekauml myoumls jonkin verran Mahtikalkkijossa on noin 20 kalsiumhydroksidia ja loput kalkkikiveauml Eniten Kaijansuon vedenvaraustilaa pienentaumlvaumlt aineet ovat juuri niitauml aineita jotka toimivat parhaiten flokku-laattorilla tehdyissauml humuksen saostuskokeissa

19

Kuva 4 Testattujen materiaalien varaustila ionivaihdetussa vedessauml jaKaijansuon vedessauml kun materiaalien konsentraatio vedessauml oli1 gl

322 Vesianalyysit

VTTllauml suoritettiin seuraavat analyysit vesinaumlytteille pH ( - ) VWR pH 100 Johtokyky (microScm) VWR EC 300 Sameus (NTU) HACH 2100AN IS Turbidimeter ISO method 7027 Kiintoainepitoisuus (mgl) maumlaumlritys lasikuitusuodattimella SFS-EN872

Whatman GFC pidaumltyskyky 12 microm Haihdutusjaumlaumlnnoumls (mgl) kuivaus lasimaljoissa 105 degC CODCr (mgl) HACH DR2000 Method 8000 Program 430 Vaumlri (Absorbanssi 257 nm aallonpituudella aallonpituudeksi valittu maksi-

miabsorbanssin aallonpituus) Hitachi U-2900 Spectrophotometer naumlytesuodatettu 045 microm suodattimella (selluloosa-asetaattimembraani VWR514-0062)

Kemiallinen hapenkulutus mittaa vedessauml olevien kemiallisesti hapettavien orgaanis-ten aineiden maumlaumlraumlauml Hapettimena on kaumlytetty permanganaatti-ionia (MnO4-) jokaon vahva hapetin Kaikki orgaaninen aines ei hapetu joten tulos on suhteellinenAikaisemmin kaumlytoumlssauml ollut ns permanganaattiluku (KMnO4-luku) on sama asiaCODMn-arvo vain ilmoitetaan mg O2l CODMn-arvo saadaan kertomalla KMnO4-arvo luvulla 0253 Huomattavasti vahvempi hapetus on ns dikromaattikulutus(CODCr) Naumlmauml arvot ovat suurempia CODMn-arvoihin verrattuna eivaumltkauml ole sitentoisiinsa verrattavia Jaumltevesidirektiivissauml on kehotettu maumlaumlrittaumlmaumlaumln jaumltevesistauml

20

CODCr-kulutus joka tehdaumlaumln nykyisin aikaisemman CODMn-maumlaumlrityksen asemes-ta Luonnonvesissauml CODMn-maumlaumlritys on kuitenkin yleisesti kaumlytoumlssauml

Valituista kokeista laumlhetettiin naumlytteitauml Ambioticaan jossa maumlaumlritettiin Vaumlri (mg Ptl) SFS-EN ISO 78872012 NH4-N (microgl) SFS30321976 NO2-N (microgl) A40D (Aquakem) NO3-N (microgl) SFS-EN ISO 133951996 (modif) PO4-P (microgl) A40A (Aquakem) Kloridi (mgl) SFS-EN ISO 10304-109 modif Orghiili (mgl) SFS-EN 14841997 modif Silikaatti (mgl) A40F (Aquakem) Sulfaatti (mgl) SFS-EN ISO 10304-109 modif Alumiini (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Antimoni (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Arseeni (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Barium (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Beryllium (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Boori (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Kadmium (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Kalium (mgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Kalsium (mgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Koboltti (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Kokonaisfosfori (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Kokonaisrikki (mgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Kromi (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Kupari (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Lyijy (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Magnesium (mgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Mangaani (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Molybdeeni (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Natrium (mgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Nikkeli (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Rauta (microgl) SFS-EN ISO 11885 09 modif Seleeni (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Sinkki (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Tina (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Titaani (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif Vanadiini (microgl) SFS-EN ISO 17294-205modif

Taulukossa 3 on esitetty sekauml VTTssauml (vaumlri Abs 257 nm CODCr ja kiintoainepitoi-suus) ettauml Ambioticassa (vaumlri mg Ptl TOC kokonaistyppi kokonaisfosfori sul-faatti alumiini ja rauta) tehtyjen maumlaumlritysten tuloksia kokeissa kaumlytetyille vesinaumlyt-teille

21

Humuspitoisten vesinaumlytteiden analyysituloksiaTaulukko 3

Analyysi Mesiaumlnsuo Kaijansuo LoumlytynnevaVaumlri (Abs 257 nm) 055 ndash 148 079 ndash 223 055 ndash 082Vaumlri (mg Ptl) 300 ndash 350 230 ndash 630 1500 ndash 7000CODCr (mgl) 51 ndash 70 73 ndash 223 158 ndash 1560(TOC)Org hiili (mgl) 227 ndash 30 196 ndash 439 58 ndash 66Kiintoaine (mgl) 4 ndash 13 29 ndash 80 82 ndash 1425Kok typpi (microgl) 798 ndash 971 169 ndash 503 772 ndash 942Kok fosfori (microgl) 18 ndash 44 31 ndash 72 lt 10 ndash 280Sulfaatti (mgl) 11 ndash 43 04 ndash 11 106 ndash 110Alumiini (microgl) 160 ndash 230 540 ndash 610 1300 ndash 3100Rauta (microgl) 2200 ndash 3700 1900 ndash 3000 780 ndash 17000

Kaikki turvetuotannon vesinaumlytteet on otettu laskeutusaltaiden jaumllkeen Loumlytynne-van naumlytteenottopaikka oli hankala ja vesinaumlytteisiin tuli ylimaumlaumlraumlistauml kiintoainettaToiseen Loumlytynnevan naumlytteeseen otettiin varta vasten runsaasti kiintoainettajotta voitaisiin tutkia kiintoaineen vaikutusta puhdistusmenetelmiin

Kaijansuolta naumlytteitauml kaumlytiin hakemassa useita kertoja vuoden 2012 ja 2013 aika-na joten esimerkiksi kiintoainepitoisuudessa oli melko suurta vaihtelua Analyysejaumltehtiin ja teetettiin sekauml kaumlytettaumlville saostus- ja sorptiomateriaaleille ettauml laboratorioko-keista otetuille vesinaumlytteille Vesianalyyseissauml kaumlytetaumlaumln erilaisia analyysimenetelmiaumllaumlhes saman asian mittaamiseen taumlllaisia ovat mm vaumlri ja kemiallinen hapenkulutusNaumlille mitattiin vertailumittauksia eri menetelmillauml joista laskettiin korrelaatiokertoimetNaumliden avulla voidaan suunta-antavasti vertailla eri analyysituloksia mutta esitettyaumltulosta ei saa yleistaumlauml kaikille vesinaumlytteille kaumlytettaumlvaumlksi

COD-maumlaumlrityksiauml tehtiin muutamista naumlytteistauml dikromaattihapetuksella (CODCr) jakaliumpermanganaattihapetuksella (CODMn) Naumliden analyysien korrelaatioksi saatiinkuvan 5 mukaan 046 (R2 = 078) Veden vaumlriauml on perinteisesti mitattu arvoina mgPtlMenetelmauml perustuu naumlytteen vaumlrin silmaumlmaumlaumlraumliseen arviointiin vaumlrikartan avullaTekijaumlstauml riippumaton vaumlrinmittaus on vaumlrin absorptioon tietyllauml aallonpituudella tehtaumlvaumlmaumlaumlritys Vaumlriauml maumlaumlritettiin arvoina mg Ptl ja absorbanssina 257 nm aallonpituudellaNaumliden korrelaatio oli kuvan 5 mukaan 303 (R2=065)

22

Kuva 5 COD ja vaumlrikorrelaatiot eri menetelmien vaumllillauml

23

CODMnn korrelaatio DOCn ja TOCn kanssa oli korkea vaikka kaikki eri tilanteis-ta saadut maumlaumlritykset on yhdistetty samaan kuvaan (Kuva 6)

Kuva 6 a) TOCn ja (b) DOCn korrelaatio CODMnn kanssa turvetuotan-toalueen vesissauml

24

4 Sorptio- ja saostuskokeet laboratoriossa

Sorptio- ja saostuskokeiden tulokset on tarkemmin esitetty julkaisuissa (Pirkonenet al 2013 ja 2014 ks luku 11)

41 Sorptio- ja saostuslaitteet

Perustestit vesien puhdistuksesta tehtiin flokkulaattorilaitteistolla (Kuva 7) Sorptioko-keet aloitettiin pienen kolonnin kokeilla joista lupaavimmat koemateriaalit siirrettiin isonkolonnin kokeisiin joista esimerkki on kuvassa 8 Sorptiolaitteita oli vaiheessa 1 ja 2useita erikokoisia Jatkuvatoimiset saostuskokeet tehtiin kuvan 9 mukaisissa kolon-neissa joissa voitiin kaumlyttaumlauml myoumls hiekkasuodatusta Hiekkasuodatusta tutkittiin myoumlspilot-mitassa HyXo Oyn laitteistolla (Kuva 10)

Kuva 7 Saostus- ja selkeytyskokeiden laboratoriomitan flokkulaattorikoelaitteisto

25

Kuva 8 Kaijansuon veden hiekkasuodatusta tehostettuna savija kipsi-hiukkasilla

Kolonnit taumlytettiin raekooltaan erilaisilla hiekoilla tai hiekoilla joihin oli sekoitettuadsorpoivia lisaumlaineita Vettauml syoumltettiin kolonniin aluksi ylhaumlaumlltauml alaspaumlin muttapian todettiin ettauml hiekkapatjan pinta liettyy huonosti laumlpaumlisevaumlksi hyvin nopeastiSen jaumllkeen vesi pumpattiin alhaalta yloumlspaumlin jolloin laumlpaumlisy pysyi hyvaumlnaumlKoejaksot vaihtelivat vaumllillauml 1ndash5 vrk riippuen puhdistustehosta

Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen

poisto maa-aineksilla

kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26

Kuva 9 Jatkuvatoiminen saostus ja hiekkasuodatus

Kuva 10 Dynaaminen hiekkasuodatin osana humusveden puhdistuspro-sessia

27

42 Sorptio- ja saostuskokeiden tulokset vaiheesta 1

421 Sorptiokokeet

Taulukon 4 tuloksista naumlhdaumlaumln ettauml monella lisaumlaineella saadaan yli 50 redukti-ot (vihreauml vaumlri) Keljonlahden lentotuhka ja Kuokkalan savi ovat hienojakoisia janiiden kulkeutuminen puhdistettuun veteen aiheuttaa kiintoaineen lisaumlaumlntymisenPuuturvetuhkalla ja koivutuhkalla reduktiot olivat hyviauml mutta haittana oli pHnnousu tasolle 10ndash12 Jaumlrvimalmilla reduktiot olivat hyviauml mutta saatavuus onhuono Kaoliinilla reduktiot ovat jonkin aikaa hyvaumlt mutta sen teho hiipuu nopeastiSavet aiheuttavat sameutta joka naumlkyy analyyseissauml korkeana haihdutusjaumlaumlnnoumlk-senauml Osa lupaavimmista lisaumlaineista valittiin jatkokokeisiin isompaan kolonniiinjonka tuloksia on taulukossa 5

Taulukosta 5 naumlhdaumlaumln ettauml Siilinjaumlrven kipsi poistaa melko hyvin vaumlriauml ja CODtamutta kiintoaine lisaumlaumlntyy ja myoumls sulfaattia liukenee suodokseen Kaipolan lentotuhkatoimii hyvin vaumlrin ja CODn poistajana Ongelmallisena pidettiin tuhkasta liukeneviametalleja Kaoliini toimi erittaumlin hyvin lyhyen ajan kokeessa mutta se menetti adsorp-tiokykynsauml muutamassa tunnissa Jonkinasteinen haitta on hyvin hienojakoisen kaolii-nin joutuminen suodokseen jossa se lisaumlauml kiintoainepitoisuutta Kuokkalan saven jaSiilinjaumlrven kipsin yhdistelmauml naumlyttaumlauml toimivan taumlssauml koesarjassa parhaiten Taumlstaumlyhdistelmaumlstauml on pitemmaumln kokeen reduktioita esitetty kuvassa 11 Reduktiot pieneni-vaumlt hieman viikon koeajoissa Haittapuolia ovat suodosveteen tuleva sulfaattipitoisuusfosfori ja hienojakoinen savi

28

Kaijansuon vedellauml pienessauml kolonnissa saatuja reduktioita eri sorp-Taulukko 4tiomateriaaleilla kun Kaijansuon veden vaumlri alussa oli 169ndash223(Abs 257 nm) CODCr oli 111ndash207 mgl ja kiintoainepitoisuus oli 22ndash545 mgl Hiekan maumlaumlrauml kolonnissa oli 300 g Tulokset ovat vai-heen 1 kokeista

MateriaaliMaumlaumlrauml (g)hiekanseassa

Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()

Kiintoaine-reduktio()

Puuturvetuhka 10 68 75 86Koivutuhka 20 81 100 73Keljonlahden lentotuhka 20 78 80 -489Kaipolan lentotuhka 5 71 73 97Leppaumlveden jaumlrvimalmi 20 62 65 86Turveruukin jaumlrvimalmi 50 18 55 22Siilinjaumlrven biotiitti 10 19 41 77Siilinjaumlrven kipsi 20 55 66 83Kaoliini rdquokivirdquo 50 79 83 86Kaijansuon savinaumlyte 50 19 51 16Hankasalmen savinaumlyte 100 62 57 66Kuokkalan savinaumlyte 100 60 59 -767Kaijansuon savi ja kipsi 30 ja 15 64 75 58Kuokkalan savi ja kipsi 20 ja 10 79 79 36Kuokkalan savi ja kipsi 30 ja 15 76 80 89Alumiinisulfaatti 10 90 91 94Ferrisulfaatti 10 52 91 17

Ison kolonnin koetuloksia vaiheesta 1Taulukko 5

Materiaali Maumlaumlrauml(kg)hiekanseassa

Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)

Siilinjaumlrven kipsi 05 5 60 0618 71 287Kaipolan lento-tuhka

0167 5 107 0313 43 na

Kaoliini rdquokivirdquo 05 1 55 0000 16 12Kuokkalan savija Siilinjaumlrvenkipsi

savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29

Kuva 11 Kaijansuon veden hiekkasuodatuksen reduktioita kun hiekkaanoli sekoitettu savea ja kipsiauml Virtausnopeus oli kolonnissa 03mh

422 Saostuskokeet

Saostuskemikaalin maumlaumlraumln pienentaumlminen tai vaumlri- ja CODCr -reduktion paranta-minen saven avulla ei onnistunut flokkulaattorissa ja kolonneissa tehtyissauml kokeis-sa Myoumls veden pH pysyi samana (31ndash32) Ferrisulfaatin minimiannostaso vaa-dittavien reduktioiden saavuttamiseksi oli 9 mgl Fe3+ eli 38 mgl Fe2(SO4)3 eli 80mgl PIX-105 tuotetta Saven avulla flokkien laskeutumisnopeus paranee 10 mi-nuutista 4 minuuttiin ja flokit pysyivaumlt paremmin laskeutuneena

Seuraavana tutkittiin kalkkikivipohjaisia tuotteita jotka eivaumlt happamoita suodostakuten sulfaatit Kuvassa 12 on tuloksia kalkkimaidolla (10 sammutetun kalkin liuos)saaduista reduktioista Siinauml havaitaan ettauml kiintoaine lisaumlaumlntyy merkittaumlvaumlsti annos-tuksella jossa vaumlri- ja COD-reduktiot ovat jo yli 50 Kiintoainepitoisuutta lisaumlaumlvaumltpienet flokit voidaan poistaa pidentaumlmaumlllauml laskeutusaikaa tai suodattamalla pintavalu-tuskentaumlllauml Naumlissauml kokeissa haitallista oli ettauml pH nousi tasolle 12

Kalsiumhydroksidi on vahva emaumls joten tarvitaan melko paljon humusvettauml ennenkuin suodosveden ja vastaanottavan veden yhdistetty veden pH on neutraalilla alueel-la Sammutetulla kalkilla puhdistetun veden pH on noin 12 jolloin siihen taumlytyy lisaumltauml

20-kertainen maumlaumlrauml Kaijansuon vettauml ettauml sekoitetun veden pH on alle 9 40-kertainen maumlaumlrauml Kaijansuon vettauml ettauml sekoitetun veden pH on alle 8 ja

30

70-kertainen maumlaumlrauml Kaijansuon vettauml ettauml sekoitetun veden pH on alle 7

Jatkuvatoimista kalsiumhydroksidisaostusta testattiin myoumls isommassa mittakaa-vassa kaumlyttaumlen 1 m korkuisia kolonneja Naumlistauml kokeista voidaan todeta ettauml suo-doksen vaumlri- ja COD-reduktiot pysyvaumlt kohtuullisella tasolla ainakin vuorokaudenkoejakson Kiintoainetta lisaumlaumlvaumlauml sameutta kulkeutuu kuitenkin suodokseen

Laboratorimitassa kokeiltiin vielauml pHn tasaamista suodattamalla rautasulfaatillasaostettua ja selkeytettyauml vettauml jonka pH oli 32 kalkkikivihiekan laumlpi Taumlssauml kokeessapH nousi 52een

Laboratoriossa testattiin kationisia anionisia ja nonionisia polymeerejauml Polymee-reillauml saadaan flokit kasvamaan isoiksi jolloin ne laskeutuvat nopeasti ja pysyvaumlt pa-remmin laskeutuneina Mikaumlaumln testatuista polymeereistauml ei yksin poista vaumlriauml eikaumlmuuta veden pHta

Pilot-mitassa tutkittiin humusveden syoumlttaumlmistauml Mahtikalkkipatjan laumlpi ylhaumlaumlltaumlpaumlinja patjan puhdistamista ajoittain paineilmalla Syoumlttouml ylhaumlaumlltauml ei liettymisen takiatoimi

Kuva 12 Kaijansuon veden saostusta sammutetulla kalkilla josta oli tehty10 kalkkimaitoliuos

Toinen kokeiltu menetelmauml oli syoumlttaumlauml humusvettauml Mahtikalkkikerroksen laumlpi al-haaltapaumlin ja saada humus sakkautumaan selkeytysaltaassa Mahtikalkkiseinaumlmauml-llauml reduktiot olivat hyviauml (Kuva 13)

31

Kuva 13 Mahtikalkkiseinaumlmaumlllauml ja sitauml seuraavalla seuraavalla laskeutuk-sella saatuja Kaijansuon veden reduktioita

Kolmas pilotoitu menetelmauml oli kaupallinen hiekkasuodatus jossa hiekkaa puhdis-tetaan jatkuvasti ja suodattimeen voidaan lisaumltauml mm kalkkikivihiekkaa normaalinsuodatinhiekan tilalle Syoumltettaumlvaumlaumln veteen voidaan sekoittaa saostuskemikaalia jasiten poistaa liuenneita aineita Kuvassa 14 esitetaumlaumln tuloksia kokeista Suodatuk-sia tehtiin ilman rautasulfaattia (annos 0 mgl) kolmella eri annostasolla ja kahdel-la virtausnopeudella (20 ja 100 lmin) Suodattimena oli kvartsihiekka tai hiekkajohon oli sekoitettuna 13-osa kalkkikivihiekkaa (hiekkaseos) Hiekkaseosta kaumlytet-taumlessauml vaumlri- COD- ja kiintoainereduktiot olivat 55ndash75 jo 55 mgl Fe3+ annos-tuksella Annostus oli noin 40 pienempi kuin laboratoriokokeissa kaumlytoumlssaumlolevalla kemikalointimenetelmaumlllauml (sekoitus ja laskeutus) saatu samaan reduktioontarvittava annos Kalkkikiven ansiosta suodoksen pH oli 63

32

Kuva 14 Yhteenveto Dynasand-pilotlaitteistolla tehtyjen hiekkasuodatus-kokeissa saavutetuista reduktioista ja pH-arvoista

43 Sorptiokokeiden tulokset vaiheesta 2

Toisessa vaiheessa tehtiin erilaisia sorptioaineidenhiekkasuodattimen variaatioita(Pirkonen et al 2014 ks luku 11) Naumlissauml kokeissa tehtiin eriaineksista kerroksiatoisinkuin vaiheessa 1 jossa materiaalit sekoitettiin keskenaumlaumln Lisaumlksi taumlydentauml-viauml kokeita tehtiin vaiheessa 1 tutkimattomilla materiaaleilla ja niiden yhdistelmillauml

431 Saostusajan vaikutus reduktioihin

Vaiheen 1 saostuskokeissa kaumlytettiin 5 minuutin selkeytysaikaa kaikissa laborato-riokokeissa Toisen vaiheen aluksi tutkittiin selkeytysajan vaikutus reduktioihinkahdella sorptioaineen annostuksella Selkeytysajan pidentaumlminen selkeaumlsti pa-ransi TOC-reduktiota (Kuva 15)

Selkeytysajan vaikutus TOCn reduktioon PCC-kalkin (Aumlaumlnekoski) kahdella annos-tuksella sekauml visuaalinen kuva laskeutusajan vaikutuksesta veden vaumlriin

33

Kuva 15 Selkeytysajan vaikutus TOCn reduktioon

432 Sorptioaineiden ja hiekan sekoitteet

Kipsi lannoitetuotannosta

Kalsiumpitoiset aineet voivat vaumlhentaumlauml veden fosfaattipitoisuutta muodostamallakalsiumfosfaattia Kun kipsiauml (CaSO42H2O) levitetaumlaumln maahan sen on todettuparantavan maan rakennetta ja sitovan liukoista fosforia Kipsi toimii myoumls liete-lannassa fosforin sakkaajana

Orgaanisen aineen reduktiot (CODMn TOC DOC) eivaumlt olleet aivan tavoitetasolla(Kuvat 16 ja 17) Kiintoaine- sameus- ja vaumlrireduktiot olivat korkeita (Kuva 16) Kuvas-sa 16 naumlkyvauml kiintoainereduktion romahdus n 30 h kohdalla johtui siitauml ettauml kolonniasekoitettiin paineilmalla ennen naumlytteenottoa Fosforin ja sulfaatin pitoisuudet lisaumlaumlntyi-vaumlt koska apatiitti on fosforimineraali (Kuva 18) Typpiyhdisteiden pitoisuudet eivaumltjuuri muuttuneet (Kuva 18) Veden pH oli noin 7 Kokeissa virtausnopeus oli n 09 lhja viipymauml n 2 h Kipsin ja humusveden suhde oli suuri n 19 kgm3 mutta kipsintoiminta ei ollut vielauml loppunut Kuvissa 17 ja 18 rdquoLaumlhtoumlrdquo tarkoittaa kolonniin syoumltettaumlvaumlaumlvettauml ja rdquo0 hrdquo tarkoittaa suodosnaumlytettauml jonka keraumlaumlminen on aloitettu heti kun kolon-

34

nista alkaa tulla suodosta Vastaavasti rdquo63 hrdquo tarkoittaa suodosnaumlytettauml jonka keraumlauml-minen on aloitettu kun suodosta on tullut 63 h

Kuva 16 Pitoisuusreduktiot apatiittikaivoksen kipsin kolonnisuodatukses-sa

35

Kuva 17 CODn orgaanisen hiilen ja raudan pitoisuus kipsi-hiekkayhdistelmaumln kolonnisuodatuksen edistyessauml

36

Kuva 18 Eri kemikaalien pitoisuuksien muutos kolonnisuodatuksen edis-tyessauml

Rikinpoistokipsi

Rikinpoistokipsistauml oli 98 m-i CaSO42H2O eikauml se sisaumlllauml fosforia kuten Siilin-jaumlrven kipsi Kipsilaatuja oli kaksi joiden molempien raekoko oli 05ndash12 mm ja pH71 Toinen menee levyteollisuuden raaka-aineeksi ja toinen oli jaumltettauml Kipsi sekoi-tettiin humusveteen annostuksilla 1 ja 5 gl Saostus ja flokkaus tehtiin kipsillaumljonka jaumllkeen laskeutus ja suodatus tehtiin kalkkikivipatjan laumlpi Partikkelikoko olipatjassa 05ndash15 mm Virtaus kolonnin laumlpi oli n 02 lmin Reduktiot olivat hyviauml(Kuva 19) mutta ongelmaksi muodostui korkea sulfaattipitoisuus (1400 mgl)(Kuva 20) Kuvassa 19 tapahtuva kiintoainereduktion romahdus 4 tunnin kohdallajohtui siitauml ettauml veden virtaus kolonnin laumlpi kaksinkertaistettiin minkauml seurauksenakiintoainetta paumlaumlsi kalkkikivipatjan laumlpi

37

Kuva 19 Rikinpoistokipsillauml saavutetut TOCn ja kiintoainepitoisuudenreduktiot kolonnisuodatuksessa

Kuva 20 Rikinpoistokipsillauml (jaumlte) saavutetut humusveden ominaisuuksienmuutokset kolonnisuodatuksessa Laumlhtouml tarkoittaa syoumltteen pi-toisuuksia

Lentotuhka metsaumlteollisuudesta

Lentotuhkan ja hiekan patjasuodatuksessa saatiin hyvaumlt reduktiot (Kuva 21) muttaveden pH oli korkea (11ndash12) Metallipitoisuudet (Al Fe Cr) eivaumlt kuitenkaan olleetkorkeita (Taulukko 6) Kolmen kerroksen seoksessa oli 2 kg hiekkaa ja 05 kgtuhkaa (yhden kerroksen korkeus 36 cm) ja ylimmaumlssauml kerroksessa 1 kg hiekkaa(39 cm) Syoumlttouml tehtiin alhaalta yloumls Tuhkan toiminta ei hiipunut kokeen aikana

38

Ongelmana oli hienojakoisen tuhkan kiintoaineen karkaaminen hiekkapatjasta javeden korkea pH

Kuva 21 Eri ainesten reduktiot hiekan+Kaipolan lentotuhkan patjasuoda-tuksessa

Veden happamuuden typen sulfaatin ja metallien (Ca Fe Al ja Cr)Taulukko 6ominaisuuksien muutos Kaipolan tuhkan+hiekan patja-suodatuksessa

pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10

Kaipolan lentotuhkan + jaumlrvimalmin (Turveruukki Oy) yhdistelmaumlauml kokeiltiin kolon-nisuodatuksessa (Kuva 22) Materiaalien yhteiskulutus oli 45 kgm3 ja pH pysyineutraalilla alueella Patjassa oli ensin tuhkahiekka-seos (01 kg15 kg) jonkajaumllkeen jaumlrvimalmihiekka-seos (05 kg15 kg) Hiekan raekoko oli 09ndash12 mmvirtaus 08 lh Tuhka nosti kiintoainepitoisuutta ja reduktiot putosivat nopeastialhaiselle tasolle

39

Kuva 22 Vaumlrin TOCn kiintoainepitoisuuden reduktion ja pH muutosKaipolan tuhkan+jaumlrvimalmin patjasuodatuksessa

Rahkasammal

Rahkasammalta kokeiltiin yksin ja sekoitettuna sekauml kuivana ettauml elaumlvaumlnauml kostea-na adsorptioaineiden saven ja bentoniitin sekaan mutta reduktiot olivat huonotTavoitteena oli sitoa hienojakoinen epaumlorgaaninen aines sammaleeseen sekaumlpidaumlttaumlauml metalleja humusvedestauml Orgaanista ainetta liukeni lisaumlauml ja hienojakoinenmateriaali meni patjasuotimesta laumlpi

433 Teraumlstehtaan kuona ja nikkelikaivoksen sivukivi

Naumlissauml kokeissa ei tarvittu hiekkaa pidaumlttaumlmaumlaumln hienojakoisia aineksia patjassa

Ferrokromikuona

Ferrokromikuonan tyypillinen koostumus oli SiO2 30 Al2O3 26 MgO 23 CaO 2 Cr 8 Fe 4 Erotusmekanismeina oletettiin olevan saostus metalleil-la ja mekaaninen tarttuminen patjan partikkelikerrokseen Kuonan OKTO-murskeella (0ndash5 mm) veden pH jaumli alle 9 Ilman suodatinkerroksen regenerointiakuonan kulutus oli suuri jopa 133 kgm3 vettauml ilman pesua ja regenerointia Re-duktiot olivat pieniauml Kiintoaine sen sijaan pidaumlttyi hyvin (Kuva 23) Ilman re-generointia muiden ainesten reduktiot putosivat nopeasti (Kuva 24) Pitoisuudetvastaavasti nousivat viiden tunnin kohdalla noin puoleen laumlhtoumltilanteeseen verrat-tuna Raudan ja kromin pitoisuus ei ollut vedessauml kovin korkea

40

Kuva 23 Okto-murskeen vaikutus vaumlrin DOCn ja kiintoainepitoisuudenreduktioihin kolonnisuodatuksessa

Kuva 24 Okto-murskeen vaikutus vaumlrin CODn orgaanisen hiilen ja fos-forin pitoisuuksiin kolonnisuodatuksessa

41

Serpentiniitti

Serpentiniitti oli Nivalan nikkelikaivoksen sivukiveauml joka luokitellaan tavanomai-seksi jaumltteeksi Serpentiniitti sisaumlltaumlauml erityisesti kromia Vaikutusmekanismin oletet-tiin olevan metallisaostus ja sorptio erotusmassaan

Pikkukolonnikokeissa (kolonnin korkeus 30 cm) kaumlytettiin viipymiauml 40 min ja 3 h(suodos 1 on viipymauml 3 h ja suodos 2 on viipymauml 40 min) Isommat kuin 8 mm partik-kelit oli poistettu sorptiomassasta Kiintoainereduktio oli 90ndash100 TOCDOC-reduktio80ndash100 ja fosforireduktio 45ndash75 (Kuva 25) Typpeauml ei poistunut Metallien (rautaalumiini kromi kadmium kupari ja nikkeli) pitoisuudet suodoksessa olivat alhaisiaSulfaatin maumlaumlrauml kasvaa mutta pitoisuus on melko alhainen (~ 14 mgl) (Kuva 26)Kaumlsittelyn jaumllkeen veden pH on laumlhellauml neutraalia (pH 7ndash8)

Ison kolonnin kokeessa (kolonnin korkeus 1 m) serpentiniittimurskeesta otettiin alle4 mm partikkelit pois Reduktiot olivat alussa alussa hyvaumlt Kolonnin pesukokeissaregenerointi ei taumlysin onnistunut vaikka veden poistuminen kolonnista valuttamalla olimelko nopeaa (15 s) (Kuva 27) Kuitenkin serpentiniitti valittiin kenttaumlkokeisiin sorp-tiomateriaaliksi koska se ei naumlyttaumlisi aiheuttavan ongelmia puhdistettuun veteen

Kuva 25 Serpentiniitillauml saatuja reduktioita kolonnisuodatuksessa

42

Kuva 26 Kolonnisuodatuksen tuloksia serpentiniitillauml

43

Kuva 27 Kolonnin pesun (regenerointi) vaikutus reduktioihin

44 Yhteenveto laboratoriossa tehdyistauml sorptio- jasaostuskokeista

Adsorptiolla maamineraalien (kuten savet) tai muiden sorptioaineiden (kuten tuh-kat kipsit ja kuonat) avulla voidaan poistaa humusta ja vaumlriauml Adsorptiomateriaalion kuitenkin kaumlytaumlnnoumlssauml regeneroitava koska testattujen materiaalien orgaani-sen hiilen adsorptiokapasiteetit olivat noin 1ndash20 gkg

Tuhka Hyvaumlt reduktiot mutta veden pH on korkea (11ndash12) ei kuitenkaan ole kor-

keita metallipitoisuuksia (Al Fe Cr) Joissain kokeissa alumiinin maumlaumlrauml li-saumlaumlntyi tasolle 6ndash11 mgl

Yhdistelmien (rahkasammal tai esim jaumlrvimalmi) avulla pH saadaan alem-maksi mutta reduktiot ovat huonoja

Ferrokromikuona OKTO-murskeella (0ndash5 mm) veden pH jaumlauml alle 9 Kuonan kulutus on suuri

Raudan ja kromin pitoisuus ei naumlyttaumlisi olevan kovin korkea

Siilinjaumlrven kipsi

44

Orgaanisen aineen reduktiot (CODMn TOC DOC) eivaumlt aivan tavoitetasol-la Fosforin ja sulfaatin pitoisuus lisaumlaumlntyy kaivos on apatiittikaivos ja apa-tiitti on fosforimineraali Veden pH noin 7

Rikinpoistokipsi Poistaa kiintoainetta orgaanista ainesta ja fosforia Kaumlsittelyn jaumllkeen ve-

den pH on neutraali Tarvittava minimiannostaso on n 1ndash2 kgm3 jolloin kiintoainereduktio 80ndash

90 TOC-reduktio 30ndash50 Fosforireduktio 50ndash70 Sulfaatin maumlaumlrauml vedessauml on korkea kipsiannoksella n 2 gl sulfaattipitoi-

suus 580 mgl ja kipsiannoksella n 5 gl sulfaattipitoisuus 1400 mgl

Serpentiniitti Poistaa kiintoainetta ja orgaanista ainesta Kiintoainereduktio 90ndash100

TOC DOC -reduktio 80ndash100 fosforireduktio 45ndash75 Typpeauml ei poistu Metallien (rauta alumiini kromi kadmium kupari ja nikkeli) pitoisuudet

suodoksessa ovat alhaisia Sulfaatin maumlaumlrauml kasvaa mutta pitoisuus on melko alhainen (~ 14 mgl) Kaumlsittelyn jaumllkeen veden pH on laumlhellauml neutraalia (pH 7ndash8)

Reduktioiden pitaumlminen korkealla tasolla ja patjan tukkeutumisen ehkaumlisy edellyt-taumlauml patjan regenerointia ja materiaalin lisaumlaumlmistauml jossain maumlaumlrin

45

5 Mikrobiologinen humuksen poisto

Mikrobiologisen puhdistuksen tarkemmat tulokset on esitetty raporteissa (Marja-maa ja Vikman 2013 ja 2014 ks luku 11)

51 Mikrobiologiset kokeet

511 Materiaalit ja menetelmaumlt

Kirjallisuuden perusteella valittiin laboratoriokokeisiin sopivat mikrobikannat VTTnkantakokoelmasta Ne kuuluvat humusaineita hajottaviin mikrobilajeihinsukuihintuottavat humusaineiden hajotuksessa mahdollisesti toimivia entsyymejauml joilla onmahdollista hajottaa ligniiniauml tai muita aromaattisia yhdisteitauml Ne pystyvaumlt kasva-maan alhaisemmissa laumlmpoumltiloissa (kasvuoptimi alle 30 oC) Kannat immobilisoitiinkantaja-aineelle (puulastut) Immobilisoituja viljelmiauml testattiin Pirtti-Peurusuonhumusveden puhdistuksessa

512 Mikrobikokeiden tulokset

Streptomyces-suvun bakteerit kasvoivat sekauml puulastujen pinnoille ettauml liuokseen(Kuva 28) Bakteerit aiheuttivat myoumls vesiliuoksen tummenemista TrametesPhanerochaeta ja Bjerkandera-sienten kasvu oli vaihtelevaa parhaimmillaansienet muodostivat voimakkaan kasvuston puulastujen pinnoille joissain pulloissataas vain yksittaumlisiauml pesaumlkkeitauml muodostui liuokseen tai kasvua ei juuri ollut

46

Kuva 28 Puulastut ndash ei kasvustoa (a) Streptomyces phaeochromogensbakteereja puulastuilla (b)

Humusveden kaumlsittely Streptomyces-kannoilla nosti voimakkaasti veden pHtaalkuperaumlisestauml n 45stauml jopa kahdeksaan Sen sijaan veden kaumlsittely Trametes-Bjerkandera- ja Phanerochaeta-sukujen sienillauml ei muuttanut merkittaumlvaumlsti vedenpHta Veden absorbanssi kasvoi Streptomycetes-kaumlsittelyssauml kaikilla mitatuillaaallonpituuksilla Jossain maumlaumlrin absorbanssin nousua aiheutti ilmeisesti myoumlsStreptomyces-kantojen viljelyalustasta peraumlisin olevat komponentit tai puulastuistaalustassa liuenneet yhdisteet

Pulloissa joissa sienikasvusto puulastuilla oli voimakasta veden kirkastuminen olihavaittavissa paljain silmin Veden absorbanssi laski 450 nm aallonpituudella UV-aallonpituuksilla (esim A280) veden absorbanssi tyypillisesti nousi sienikaumlsittelyissaumlHuomioitavaa on ettauml esimerkiksi proteiinit absorboivat A280 eli absorbanssin nousuvoi liittyauml esim humusyhdisteitauml pilkkovien entsyymien eritykseen (Kuva 29 Taulukko7)

47

Kuva 29 Bakteerien vaikutus humusveden absorbanssiin

Humusveden alkuperaumliseen COD-pitoisuuteen verrattuna reduktiota ei havaittu Taumlmaumljohtuu testisysteemin (puulastuista liukenevat aineet mikrobien kasvualustan kom-ponentit) aiheuttamista tekijoumlistauml COD-reduktiot taulukossa 7 on saatu huomioimallapuulastujen vaikutus Rinnakkaisissa kaumlsittelyissauml oli huomattavien eroja tuloksissa

Vaumlri ja COD reduktio mikrobikaumlsittelyssaumlTaulukko 7

Mikrobi Vaumlrireduktio () COD-reduktio()

D-85242T Phanerochaeta chrysosporium 45 14

D-99747 Trametes versicolor 24 43

D-99746 Bjerkandera adusta 1 17 lt 0


Laskettu koesysteemin taustaan verrattuna (humusvesi + puulastut ei mikrobia)

52 Johtopaumlaumltoumlkset mikrobikokeista

Kolme VTTn kantakokoelmasta otettua sienikantaa kirkasti humusvettauml jos kas-vusto puulastuilla oli riittaumlvauml Absorbanssimittauksen (450) perusteella humusvettaumlkirkasti parhaiten P chrysosporium (vaumlhenemauml 45 ) Streptomyces kannat kas-voivat hyvin humusvedessauml mutta humusveden kirkastumista ei havaittu Voima-kas kasvu viittaa siihen ettauml bakteerit kaumlyttivaumlt hyvaumlkseen veden ravinteita Puh-distuksen tehon mittaus oli haasteellista koska mitattuihin parametreihin (absor-banssi COD N P) vaikutti moni tekijauml (kasvualustan komponentit puulastuistaliuenneet yhdisteet) Jatkokokeissa kannattaisi kokeilla muita kuin lastuja kantaja-aineina ja kantaja-aineista voisi tehdauml taumlytekappalekolonneja

48

6 Humusveden konsentrointi mikro- jaultrasuodatuksellla

61 Tavoite kalvosuodatuksessa

Turvetuotannon valumavedet sisaumlltaumlvaumlt humushappoja fulvohappoja sekauml humiinejaNaumlmauml yhdisteet sisaumlltaumlvaumlt hyvin erilaisia kemiallisia yhdisteitauml joiden mahdollisia kaumlyt-toumlkohteita voisivat olla

Liimat Gelatoivat aineet Veden puhdistus Smentin lisaumlaineet Absorbentit palonestomateriaalit (sisaumlltaumlvaumlt fosforia) Antioxidantit Side- ja taumlyteaineet Ihonhoitotuotteet Laumlaumlkeaineet

Ensisijainen tavoite ovat terveystuotteet ja toissijainen tavoite kasvustimulan-titekologiset tuotteet jotta prosessointi saataisiin kannattavaksi

62 Menetelmaumlt ja laitteet

Konsentrointi tehtiin CR250-suotimella (Kuva 30) ensin mikro- ja ultrasuodatus-alueella viidestoistaosaan ja sitten tehtiin konsentrointi MF-alueella kahdessa-dasosaan ja jakeet analysoitiin Konsentrointiin otettu vesi oli peraumlisin Pirtti-Peurusuon PVK 1n pumppukaivosta Ultrasuodatusolosuhteet olivat

49

Microdyn-Nadir UP150 Polyeetterisulfoni (PES) MWCO 150 kDa (n 002 microm) Paine-ero n 05 bar vuo n 90 l(m2h)

Mikrosuodatusolosuhteet olivat Microdyn-Nadir MV020 Polyvinyylidifluoridi (PVDF) Huokoskoko 02 microm Paine-ero 05 bar vuo n 400 l(m2h)

Kuva 30 Konsentroinnissa kaumlytetty CR250 - MFUF kalvosuodatuslaitteis-to

Moolimassat maumlaumlritettiin size exclusion chromatography (SEC) -menetelmaumlllaumlyhdessauml Waters HPLC menetelmaumlllauml 01M NaOH liuoksessa kaumlyttaumlen MCX 1000amp 100000 kolonneja ja UV (280 nm) detektointia Moolimassajakaumat ja keski-maumlaumlraumliset moolimassat (Mn Mw) laskettiin vasten Polystyrene sulphonate (Na-PSS) standardeja (1370ndash130000 gmol) kaumlyttaumlen Empower 3 laskentaohjelmaaMn on lukukeskimaumlaumlraumlinen moolimassa Mw painokeskimaumlaumlraumlinen moolimassaEnsimmaumlisessauml kokonaismassa siis periaatteessa on jaettu ketjujen lukumaumlaumlraumlllaumljolloin pienimolekylaumlaumlristen ketjujen osuus painottuu Mwn maumlaumlrityksessauml painote-taan ketjujen massa-osuudella jolloin taas suurimolekylaumlaumlriset ketjut vaikuttavattaumlhaumln keskiarvoon enemmaumln Yleensauml vertailuissa kaumlytetaumlaumln Mwtauml PD on MwMn

eli kuvaa jakauman leveyttauml Ligniininaumlytteet liuotettiin 01 M NaOHlla kaumlyttaumlensuhdetta 1 mg ligniiniauml1 ml liuotinta ja sen jaumllkeen suodatettiin (045 microm) ennenmittauksia

63 Tulokset konsentrointikokeista

UF-konsentroinnissa kokonaisfosforista 72 ja liuenneesta orgaanisesta aineksesta76 jaumli konsentraattiin (Kuva 31) kun huomioidaan 15-kertainen konsentrointi Luul-tavasti fosfori on sitoutunut kiintoaineeseen ja humukseen Konsentraattiin jaumli runsaasti

50

myoumls kalsiumia ja rautaa sekauml jonkin verran rikkiyhdisteitauml mutta typpi meni permeaat-tiin

Kuva 31 Turvetuotantoalueen valumaveden 1 konsentrointi ultrasuoda-tuksella

Materiaalitaseiden mukaan kun huomioidaan 15-kertainen konsentrointiaste mik-rosuodatuksessa liuenneesta aineesta noin 64 ja kokonaisfosforista noin 54 jaumlikonsentraattiin (Kuva 32) Fosforin pidaumlttyminen selittyy sen kiinnittymisestauml kiintoai-neeseen ja humukseen Sekauml permeaatin ettauml konsentraatin vaumlri tummui suodatuksenedistyessauml (Kuva 33) Permeaatin vaumlrinmuutos osoittti ettauml yhauml suurempi osa humus-aineista meni kalvon laumlpi Konsentraatin moolimassajakaumassa naumlkyy selvaumlsti suuntaisompiin molekyyleihin (Kuva 34) Taulukkoon 8 on koottu konsentraatin ominaisuuk-sien muutos suodatuksen edistyessauml

Suodatusvuo oli MFllauml 500 l(m2h) paineella 03 bar ja vuo vastaavasti UFllauml 100l(m2h) paineelle 08 bar Naumlillauml kalvosuodatustekniikoilla kiintoaineen orgaanisenaineen ja fosforin reduktiot olivat gtgt 50 mutta ilman arvoaineiden talteenottoa kal-vosuodatus tulee kaumlytaumlnnoumln kannalta liian kalliiksi 100 han valumavesien kaumlsittelyynvaadittava kalvosuodatuslaitteisto maksaa 600000 euro (Nurminen 2013)

51

Kuva 32 Turvetuotantoalueen valumaveden 1 konsentrointi mikrosuoda-tuksella

Kuva 33 Konsentraatio 1200 (700 lsta 35 laan) tehtiin CR suotimellakaumlyttaumlen mikrosuodatuskalvoa Yllauml konsentraatti ja alla perme-aatti

52

Kuva 34 Moolimassajakaumat humusvesikonsentraateille

Mikrosuodatetun humusvesikonsentraatin (pitkauml suodatus) ominai-Taulukko 8suuksia

Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl

Kiintoaine-pitoisuus (12 microm)

mgl

Kuiva-ainepitoisuus

mglCR3 Syoumlteklo 710 1500 2000 13 25 20 37 120

CR3 Konsent-raatti klo1010

2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021

Vaikuttaa siltauml ettauml humusvesissauml erityisesti konsentraateissa (mikrosuodatettu) onpaljon humiinia joka ei ole vesiliukoista eikauml myoumlskaumlaumln liukene alkaliin (01M NaOH)Taumlmauml materiaali ei vaumllttaumlmaumlttauml toimi hyvin metallien sitojana Moolimassa-analyysikertoi ettauml erityisesti konsentraateista alkaliin liuennut materiaali oli hyvin suuri mooli-massaista Varaustitraus indikoi ettei humusmateriaalissa olisi lainkaan COOH ryh-miauml ja ainoastaan vaumlhaumln fenolisia ndashOH-ryhmiauml Suuri osa naumlytteestauml ei liuennut titra-uksen alussa Taulukon 8 mukaan kelatointiin ja ylipaumlaumltaumlnsauml sorptioon sopivasta hu-mus materiaalista paumlaumltyi noin 85 permeaattiin ja kiintoaineestakin 57 kun huomi-oidaan 200-kertainen konsentrointiaste Kiintoainemaumlaumlritys tehtiin 12 micromn suotimellamutta mikrosuotimen nimellishuokoskoko on 02 microm joten osa kiintoaineesta voi ollajauhaantunut pitkaumlssauml konsentroinnissa alle maumlaumlrityskoon aiheuttaen liian ison kiinto-

53

ainehaumlvikin konsentraattiin CR-suotimessa kalvokammiossa oleva kalvojen likaantu-mista ehkaumlisevauml siipi pyoumlrii suurella nopeudella Konsentrointiasteen nosto lisaumlsi huo-mattavasti liuenneen aineen kulkeutumista kalvon laumlpi permeaattiin mikauml voi myoumlsosittain johtua kiintoaineen jauhautumisesta Liuenneen aineen maumlaumlritys tehtiin 045micromn suotimen filtraatista

64 Johtopaumlaumltoumlkset konsentrointikokeista

Humusveden konsentrointi sekauml mikro- ettauml ultrasuodatuksella onnistui hyvin Tosinultrasuodatuksessa kalvopinta-alaa tarvitaan moninkertaisesti verrattuna mikrosuoda-tukseen mikauml laskee suodatuksen kannattavuutta Ultrasuodatus pidaumlttaumlauml arvoaineethyvin konsentraattiin mutta mikrosuodatuksella konsentraattiin saadaan enaumlauml 15 arvoaineista Kiintoainevapaan liuenneen aineen erotus jatkojalostukseen edellyttaumlaumlensin kiintoaineen poistoa mikrosuodatuksella ja siitauml tulevan suodoksen konsentroin-tia ultrasuodatuksella Erotuksen kannattavuus edellyttaumlauml mahdollisten hyoumltyaineidenfraktioitavuuden selvittaumlmistauml ultrasuodatuskonsentraatista

54

7 Kenttaumltutkimukset

71 Valumavesien puhdistus Pirtti-Peurusuolla

Kahdesta eri suoalueesta Pirttisuosta ja Peurusuosta koostuva Pirtti-Peurusuonturvetuotantoalue sijaitsee Multian kunnassa Tuotantokelpoinen pinta-ala auma-alueineen on 1236 ha (Aluehallintovirasto 2012)

Turvetuotantoalueelta tulevat vedet puhdistetaan johtamalla ne ympaumlrivuotisestipintavalutuskenttien 1 ja 2 kautta Pintavalutuskenttauml 1n valuma-alue on pinta-alaltaan932 ha Pintavalutuskentaumln koko on 4 ha 43 valuma-alueesta Valumavedet ohja-taan kentaumllle pumppaamalla (Aluehallintovirasto 2012)

Pintavalutuskenttauml 2 on kooltaan 29 ha joka on 47 608 han valuma-alueestaKenttauml sijaitsee ojitetulla puustoisella alueella Ojat tukittiin pintavalutuskentaumln perus-tamisen yhteydessauml Pirtti-Peurusuon turvetuotantoalueella toteutettiin kaksi kenttaumlpi-lottitutkimusta

72 Koejaumlrjestelyt ja mittaukset

721 PCC-kalkki pintavalutuskentaumlllauml

Kenttaumlpilotti 1 toteutettiin pintavalutuskentaumlllauml 2 aikavaumllillauml 1102013ndash31102014Pintavalutuskentaumln paineputken vesisuihkujen alle levitettiin 9102013 PCC-tuotannosta muodostuvaa jaumltekalkkia yhteensauml noin 40 tonnia Kalkki kasattiinpitkaumlpuomilla varustetulla kaivinkoneella noin yhden tonnin suuruisiin kasoihinjokaisen paineputken vesisuihkun kohdalle (Kuva 35) Kalkkia lisaumlttiin sama maumlaumlraumlsamaan kohtaan 29112013 ja 982014

Kalkituksen vaikutusta pintavalutuskentaumlllauml sijaitsevan veden laatuun seurattiin yh-teensauml 12 mittapisteestauml jotka merkittiin maastoon Koepisteistauml otetuista vesinaumlytteis-tauml mitattiin paikan paumlaumlllauml pH ja johtokyky (Kuva 36) sekauml laboratoriossa analysoitiinsameus kiintoaine CODMn TOC DOC Ptot NO3-N ja NH4-N Pintavalutuskentaumllleturvetuotantoalueelta johdettavan veden ja pintavalutuskentaumlltauml laumlhtevaumln veden kiinto-aine- ja humuspitoisuutta tutkittiin jatkuvatoimisesti kahdella EXO2-mittalaitteella (Kuva37) jotka asennettiin syys-lokakuun vaihteessa 2013 pintavalutuskentaumln ylaumlpuolellepumppauskaivoon ja alapuolelle mittakaivoon (Kuva 38) Lisaumlksi pintavalutuskentaumlnylaumlpuolen ja alapuolen mittakaivoista otettiin vesinaumlytteet joista mitattiin pH ja johtoky-

55

ky sekauml laboratoriossa analysoitiin sameus kiintoaine CODMn TOC DOC Ptot NO3-Nja NH4-N Jatkuvatoimiset mittauslaitteet kalibroitiin vesinaumlytteiden avulla

Kuva 35 Kalkkikasat sijoitettiin pintavalutuskentaumln paineputken vesisuih-kujen kohdille

Kuva 36 Pintavalutuskentaumlltauml otettiin vesinaumlytteitauml yhteensauml 12 koepis-teestauml Vesinaumlytteiden pH ja johtokyky mitattiin heti naumlytteenotonjaumllkeen kannettavalla mittalaitteella

56

Kuva 37 EXO2-mittalaite joka koostuu sameus- fDOM- ja pH-antureista

Kuva 38 EXO2-mittalaite asennettiin pintavalutuskentaumln ylauml- ja alapuolel-le kuvassa pintavalutuskentaumln alapuolinen mittakaivo

EXO2-mittalaitteet mittasivat optisesti veden sameutta sekauml vedessauml olevan liu-koisen orgaanisen aineen fluoresenssia (fDOM) Liukoisen orgaanisen hiilen(DOC) ja orgaanisen hiilen (TOC) pitoisuudet jotka ilmentaumlvaumlt humuksen maumlaumlraumlaumlvedessauml sekauml kiintoainepitoisuus laskettiin mitattujen muuttujien lineaarikombi-naationa laboratoriossa analysoitujen vesinaumlytteiden tulosten perusteella

Virtamaa mitattiin niin ikaumlaumln jatkuvatoimisesti Pintavalutuskentaumllle tulevan vedenmaumlaumlraumlauml mitattiin EHP-Tekniikan ultraaumlaumlneen perustuvalla virtaamamittarilla joka

57

asennettiin pumppauskaivosta laumlhtevaumlaumln putkeen Pintavalutuskentaumlltauml laumlhtevaumln ve-den maumlaumlraumlauml mitattiin pintavalutuskentaumln alapuolelta mittauskaivosta V-padon avulla

722 Kenttaumlpilotti 2 Suodatuskontti

Kevaumlaumlllauml 2014 suunniteltiin sekauml rakennettiin merikonttiin perustuva suodatuslait-teisto joka asennettiin Pirtti-Peurusuolle pintavalutuskenttauml ykkoumlsen pumppausal-taan viereen (Kuva 39) Kesaumlkuussa suoritettiin kontin testaus ja kaumlyttoumloumlnottoKontilla suoritettiin kolme eri koeajoa 107ndash31102014 vaumllisenauml aikana (Taulukko9) Konttiin pumpattavan veden syoumlttoumlnopeuden keskimaumlaumlraumlinen vaihteluvaumlli oli42ndash52 ls Puhdistusmateriaaleina kaumlytettiin kalkkikiveauml sekauml serpentiniittiauml jokaon Hituran (Nivala) nikkelikaivoksen sivukiveauml Serpentiniitti on huokoinen mine-raali ja sillauml on suuri ominaispinta-ala Serpentiniitillauml tehdyn koeajon lopuksi ser-pentiniittihiekan paumlaumllle lisaumlttiin hienojakoista serpentiniittiauml noin 4500 kgHienojakoinen serpentiniitti tukki hiekkapatjan ja kontti tyhjennettiin imuautonavulla

58

Kuva 39 Konttiin rakennettu puhdistuslaitteisto asennettiin pumppausal-taan viereen (vasen ylaumlkuva) josta puhdistettava vesi pumpattiinkonttiin alhaalta yloumlspaumlin ritilaumlrakenteen (oikea ylaumlkuva) ylaumlpuo-lella olevan hiekkapatjan laumlpi Alhaalla on esitetty piirroskuvakoejaumlrjestelyistauml

59

Suodatuskontilla suoritettiin kolme koeajoaTaulukko 91 Kalkkikiviajo107ndash2972014Syoumlttouml keskimaumlaumlrin46 lsVesimaumlaumlrauml 2244 m3

Serpentiniittiajo118ndash2992014Syoumlttouml keskimaumlaumlrin42 lsVesimaumlaumlrauml 13364 m3

2 Kalkkikiviajo299ndash31102014Syoumlttouml keskimaumlaumlrin52 lsVesimaumlaumlrauml 8669 m3

Materiaali ndash pohjalla noin10 cm 3ndash6 mm kai-vokalkkia (2 tn)

ndash paumlaumlllauml noin 80 cm09ndash15 mm kalkkiki-vihiekkaa (15 tn)(Parfil 1500)

ndash pohjalla noin 10 cm3ndash6 mm hiekoitusse-peliauml (2 tn)

ndash paumlaumlllauml 1ndash3 mmserpentiniittihiekkaa8 tn

ndash pohjalla noin 10cm 3ndash6 mm kaivo-kalkkia (2 tn)

ndash paumlaumlllauml noin 80 cm09ndash15 mm kalkki-kivihiekkaa (15 tn)(Parfil 1500)

Huomioita ndash aluksi hiekan esi-pesu

ndash kokeen aikanahiekkapatjaa pestiintarvittaessa vasta-paineen noustessa

ndash serpentiniittihiekkamurskattiin ja seulot-tiin GTKlla

ndash sama kuin 1koeajo mutta hiek-kapatjaa ei pestykokeen aikana

ndash lisaumlksi suurempisyoumlttoumlnopeus

Kontin puhdistustehoa seurattiin vesinaumlytteiden sekauml jatkuvatoimisen mittauksenavulla Konttiin tulevan veden laatua seurattiin pumppausaltaasta samasta koh-dasta josta vettauml pumpattiin konttiin (Kuva 40) Kontista laumlhtevaumln veden laatuamitattiin jatkuvatoimisesti kontissa sijaitsevien automaattisten vedenlaatuanturei-den avulla sekauml kontin poistoputkesta otettavasta vesinaumlytteestauml

60

Kuva 40 Puhdistettava vesi pumpattiin konttiin (kuvassa taka-alalla)pumppausaltaasta josta otettiin konttiin tulevan veden vesinaumlyt-teet sekauml mitattiin vedenlaatua myoumls jatkuvatoimisesti

73 Tulokset

731 Kenttaumlpilotti 1 PCC-kalkin puhdistusteho ojitetussa pintavalu-tuskentaumlssauml

Pintavalutuskenttauml pidaumltti kiintoainesta keskimaumlaumlrin 63 (Taulukko 10) Orgaani-sen aineen maumlaumlrauml lisaumlaumlntyi pintavalutuskentaumlllauml keskimaumlaumlrin 37 Myoumls koko-naisfosforin maumlaumlrauml lisaumlaumlntyi pintavalutuskentaumlllauml koska alue on aikoinaan metsauml-lannoitettu Lannoituksen ajankohdasta sekauml maumlaumlristauml ei ollut tarkkaa tietoa Kal-kin levitys nosti pintavalutuskentaumlltauml laumlhtevaumln veden pH-arvoa Vaikutus naumlkyivarsinkin paineputkea laumlhinnauml olevilla naumlytepisteillauml (Kuva 41) Metsauml-eristysojanPtot- Ntot- ja kiintoaine pitoisuudet olivat alempia ja TOC- ja DOC-pitoisuudet kor-keampia kuin pintavalutuskentaumlltauml tulevan veden (Kuva 42)

61

Pitoisuuksien keskiarvot sekauml minimi- ja maksimipitoisuudet ja re-Taulukko 10duktioprosentit pintavalutuskentaumln ylauml- ja alapuolelta Sameus kiin-toaine COD ja TOC -pitoisuudet on mitattu jatkuvatoimisesti ja ra-vinnepitoisuudet (Ptot NO3-N NH4-N) on maumlaumlritetty vesinaumlytteistauml(14 kpl)

Mittausjakso 1102013 ndash 31102014 (321 vrk)

PVK 2 tuleva (YP) PVK 2 laumlhtevauml (AP)Reduktio

min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62

Kuva 41 pH nousi kalkinlevitysten jaumllkeen pintavalutuskentaumln alapuolellasekauml erityisesti pintavalutuskentaumln mittapisteissauml 4 ja 8 jotkaolivat laumlhimpaumlnauml kalkkikasoja

Kuva 42 Pintavalutuskentaumln ylauml- ja alapuolisen veden sekauml eris-tysmetsaumlojan ja laskuojan TOC-pitoisuudet

63

732 Kenttaumlpilotti 2 Suodatuskontin puhdistusteho

Suodatuskontin puhdistusreduktiot jaumlivaumlt huomattavasti alhaisemmiksi kuin labora-toriokokeissa Suodatuskontti poisti kaikissa kolmessa koeajossa kiintoainestakeskimaumlaumlrin 34ndash37 (Taulukko 11) Syoumlttoumlnopeudella ei ollut merkittaumlvaumlauml vaiku-tusta kiintoainereduktioon Orgaanista ainesta poistui eniten 2 kalkkikiviajossakeskimaumlaumlrin 8ndash20 Fosforireduktio vaihteli vaumllillauml 21ndash35 Typen poistuma olivaatimatonta ja typpi jopa lisaumlaumlntyi koeajojen aikana Kalkkikivi ja serpentiniittinostivat pHn tasolle 7

Suodatuskontilla suoritettiin kolme eri koeajoaTaulukko 11

74 Johtopaumlaumltoumlkset kenttaumlpilottikokeista

741 Kenttaumlpilotti 1 PCC-kalkki ojitetussa pintavalutuskentaumlssauml

Kalkituksen vaikutus naumlkyi pHssa joka nousi kalkinlevityksen jaumllkeen pintavalu-tuskentaumln naumlytteenottopisteissauml sekauml alapuolisessa mittakaivossa Kalkkika-sat rdquokuorettuivatrdquo jolloin kalkin reaktiokyky heikkeni kalkki pitaumlisi saada sekoitet-tua PVKlle pumpattavaan veteen Fosforin ja TOCn pitoisuuden nousu pintavalu-tuskentaumlltauml laumlhtevaumlssauml vedessauml naumlyttaumlisi lievenevaumln kalkituksen vaikutuksestaTutkimuksen kohteena ollut pintavalutuskenttauml poisti hyvin kiintoainetta mutta lisaumlsiorgaanisen aineen sekauml fosforin kuormitusta sillauml alue on aikoinaan metsaumllannoitet-tu Tarvittaisiin pidempiaikaista ympaumlrivuotista seurantaa jotta kalkin vaikutuksestasaataisiin tarkempaa tietoa pintavalutuskentaumln puhdistustehoon

Metsauml-eristysojan fosfori- typpi- ja kiintoainepitoisuudet olivat alempia ja TOC- jaDOC-pitoisuudet korkeampia kuin pintavalutuskentaumlltauml tulevan veden AlapuolisenPirttijaumlrven COD-pitoisuudet olivat korkeampia kuin turvetuotantoalueelta tulevan ve-

64

den (Kuva 43) Pirttijaumlrven pH-arvot olivat matalampia kuin turvetuotantoalueelta tule-van veden (Kuva 44)

Turvetuotannon ympaumlristoumllupapaumlaumltoumlsten puhdistusvaatimuksia laadittaessa tulisikiinnittaumlauml huomiota ennen kaikkea alapuolisen vesistoumln laatuun ja vesistoumln tilaan sekaumlherkkyyteen eli kykyyn kaumlsitellauml mahdollista lisaumlkuormitusta ja asettaa puhdistusvaati-mukset sen mukaisesti Alapuolisen vesistoumln sekauml ympaumlristoumln kannalta on oleellistamillaista vettauml koko turvetuotantoalueelta tulee eikauml se mikauml on yksittaumlisen puhdistus-menetelmaumln reduktioprosentti Puhdistusmenetelmaumlllauml saadaan sitauml parempia redukti-oita mitauml suurempia arvoja tulevan veden pitoisuudet ovat

Kuva 43 Turvetuotantoalueen alapuolisen Pirttijaumlrven sekauml turvetuotanto-alueelta laumlhtevaumln veden COD-pitoisuudet pintavalutuskentaumlnylaumlpuolelta sekauml pintavalutuskentaumln alapuolelta ennen ja jaumllkeenkalkituksen

65

Kuva 44 Turvetuotantoalueen alapuolisen Pirttijaumlrven sekauml turvetuotanto-alueelta laumlhtevaumln veden pH-arvot pintavalutuskentaumln ylaumlpuoleltasekauml pintavalutuskentaumln alapuolelta ennen ja jaumllkeen kalkituk-sen


Konttisuodatusmenetelmauml vaatii vielauml jatkokehitystauml ja ympaumlrivuotista testaamistaTaumlssauml tutkimuksessa testiaika sijoittui kesaumlstauml syksyyn Menetelmauml tulisi myoumls auto-matisoida jotta huolto- ja yllaumlpitokaumlyntien maumlaumlrauml vaumlhenisi Suodatuskontilla tehdyissaumlkoeajoissa korkeammasta syoumltteen pitoisuudesta saatiin parempi kiintoainereduktioUuden suodatusmateriaalin kaumlyttoumloumlnottovaiheessa tulee huomioida mahdollinen suo-datinmateriaalista suodosveteen laumlhtevauml hieno kiviaines Hiekkasuodatuskonttia voisisoveltaa esim turvetuotantoalueen valmisteluvaiheen vesien kaumlsittelyyn metsaumltalou-den valumavesien kaumlsittelyyn esim kunnostusojitusten yhteydessauml sekauml jatkuvaankaumlyttoumloumln erityisesti siellauml missauml ei ole sopivaa aluetta pintavalutuskentaumllle Kontti onhelposti siirrettaumlvissauml ja sillauml voidaan testata erilaisia suodatinmateriaaleja Kontinkorkeus tulisi olla vaumlhintaumlaumln 25 metriauml ja suodatuspatjan paksuus vaumlhintaumlaumln 1 metriKontin pesuvesi kannattaisi ohjata sopivalle metsaumlalueelle kasteluvedeksi

66

8 Humusvesien saumlhkoumlkemiallinenmittausmenetelmauml

Saumlhkoumlkemiallisen mittausmenetelmaumln perustutkimuksen tulokset projektin vai-heesta 1 on esitetty tarkemmin raportissa (Heimala ja Laitinen 2013 ks luku 11)

81 Saumlhkoumlkemiallinen mittausmenetelmauml

Kehitettaumlvaumln mittaus ja ohjausmenetelmaumlssauml sen toimivuutta kentaumlllauml olisi pystyt-taumlvauml seuraamaan jatkuvasti ja tarvittaessa myoumls saumlaumltaumlmaumlaumln Saumlhkoumlkemiallisistamittauksista saadut tulokset siirrettiin verkon kautta Mittausten tavoitteena olimaumlaumlrittaumlauml suovesien humuspitoisuudet ja epaumlorgaanisten epaumlpuhtauksien pitoi-suudet Suovesissauml voi ajoittain olla mgl -tasolla lukuisia mittauksia haumliritseviaumlyhdisteitauml kuten sulfidia polysulfideja polytionaatteja tiosulfaattia Naumliden kaltai-set yhdisteet ovat taumlysin maumlaumlraumlaumlviauml sille mitkauml saumlhkoumlkemialliset menetelmaumlversiotvoivat luotettavasti toimia edellauml mainituilla pitoisuustasoilla

Laboratoriokokeissa kaumlytettiin saumlhkoumlkemiallisia menetelmiauml kuten potentiaalimit-tausta eri elektrodeilla ja voltammetriaa Potentiaalimittauksessa mitataan vapaatapotentiaalia tyouml- ja referenssielektrodin vaumlliltauml Potentiaalimittauksella saadaan tietoaaineiden pitoisuuksista ja hapetusasteen muutoksista Voltammetriassa muutetaan erinopeuksilla tyoumlelektrodin saumlhkoumlkemiallista potentiaalia referenssielektrodiin verrattunaja mitataan samanaikaisesti tyoumlelektrodin ja vastaelektrodin vaumllistauml virtamaumlaumlraumlauml Virta-maumlaumlrauml on verrannollinen aineiden pitoisuuksiin

Humuspitoisuus mitataan spesifisellauml elektrodilla ja samanaikaisesti haumlirioumlaineitamitataan useilla haumlirioumlaineisiin reagoivalla elektrodilla jotka eivaumlt reagoi humuspitoi-suuden muutoksiin Tulosten perusteella eliminoidaan haumlirioumlaineiden vaikutus

Kummallakin menetelmaumlllauml voidaan periaatteessa paumlaumlstauml kiinni vesien sisaumlltaumlmienaineiden pitoisuuksiin Haasteena ovat lukuisat seikat mm elektrodien pinnan puh-taana pito ja paumlaumlllekkaumliset reaktiot kuten samanaikainen hapen jatai vedyn pelkisty-minen seurattavien aineiden kompleksoituminen sorptoituminen jne Kaumlyttaumlmaumlllaumllukuisia elektrodeja ja neuroverkkolaskentaa voidaan maumlaumlrittaumlauml riittaumlvaumlllauml tarkkuudellahumuksen pitoisuus Samalla menetelmaumlllauml voidaan maumlaumlrittaumlauml tarvittaessa myoumls ravin-teiden ja rikkiyhdisteiden maumlaumlraumlt Elektrodien pinnat voidaan tarvittaessa puhdistaaajamalla virtaa tyoumlelektrodin pintaan siten ettauml likakerros saadaan irtoamaan elektro-

67

din pinnasta Samalla biologisen kasvuston syntyminen elektrodien pinnalle saadaanestettyauml

82 Laboratoriokokeet


Kokeet suoritettiin Jyvaumlskylaumlssauml VTTn laboratoriossa ja NRM Oyn tiloissa Ko-keiden materiaaleina ovat toimineet taumlysin puhdas ionivaihdettu vesi JoutsanMesiaumlnsuon Karstulan Kaijansuon ja Multian Pirtti-Peurusuon humusvedet

Kokeissa on kaumlytetty erilaisia kemikaaleja ja metallisia sekauml mineraalielektrodejaKaumlytetty saumlhkoumlkemiallinen laitteisto on muodostunut Camryn potentiostaatti-impedanssi systeemistauml pH-elektrodeista saumlhkoumlnjohtokykymittareista ja magneet-tisekoittimista ja kokeet on suoritettu huoneenlaumlmpoumltilassa

Tutkimuksessa on kaumlytetty kaupallisia sensoreita jonka toimittaja (Liqum) on valin-nut tarpeiden mukaisesti (Kuva 45) Elektrodit on merkattu numeroilla 1ndash7 ja niidenpaumlaumlasiallinen indikointi luonnonvesisovelluksessa on seuraava0 elektrodi typpiyhdisteet tiosulfaatti halogeenit1 elektrodi sulfidit tiosulfaatti2 elektrodi orgaaniset yhdisteet fosfaatit3 elektrodi sulfaatti kloridi4 elektrodi fosfaatti- ja typpiyhdisteet5 elektrodi sulfaatti- happi- karbonaatti- ja fosforiyhdisteet6 elektrodi fosfaatti- ja rikki- ja typpiyhdisteet7 elektrodi hapettimet

68

Kuva 45 Herkkyystesteissauml kaumlytetyt kaupalliset sensorit ja kuva voltam-metrisestauml maumlaumlrityksestauml

822 Laboratoriomittausten tulokset

Laboratoriossa maumlaumlritettiin puhtaiden aineiden vasteet eri elektrodeihin Haastee-na ovat lukuisat seikat mm paumlaumlllekkaumliset reaktiot kuten samanaikainen hapenjatai vedyn pelkistyminen elektrodien pinnan puhtaanapito ja seurattavien ainei-den kompleksoituminen sorptoituminen jne Kaumlyttaumlmaumlllauml lukuisia elektrodeja janeuroverkkolaskentaa voidaan maumlaumlrittaumlauml riittaumlvaumlllauml tarkkuudella humuksen ravin-teiden ja rikkiyhdisteiden pitoisuudet

Saumlhkoumlkemiallisessa tutkimuksessa saavutettiin kohtuullinen virta- ja potentiaalimit-tauskorrelaatio humuspitoisuuden nitraatin sulfaatin kloridin sulfidin tiosulfaatin jakarbonaatin kanssa Myoumls ammonium-ionin pitoisuus naumlyttaumlisi selviaumlvaumln mm potenti-aalindashvirtakaumlyristauml Esimerkkinauml esitetaumlaumln humuspitoisuuden muutoksen vaikutus eri-laisten elektrodien vasteeseen (Kuva 46)

69

Kuva 46 Anodisen virran muutos humuspitoisuuden muuttuessa potenti-aalin muutosnopeudella 100 mVs

83 Mittaukset kenttaumlolosuhteissa


Kokeissa kaumlytettiin mittausmenetelmaumlnauml saumlhkoumlkemiallista potentiaalimittaustaPotentiaalimittauksessa mitataan vapaata potentiaalia tyouml- ja referenssielektrodinvaumlliltauml Potentiaalimittauksella saadaan tietoa aineiden pitoisuuksista ja hapetusas-teen muutoksista

Elektrodien pintojen puhdistaminen oli suunniteltu tehtaumlvaumlksi ajamalla virtaa tyouml-elektrodin pintaan siten ettauml likakerros saadaan irtoamaan elektrodin pinnasta Samal-la biologisen kasvuston syntyminen elektrodien pinnalle oli tarkoitus estaumlauml

Kenttaumlmittauslaitteistolla (Kuva 47) oli tarkoitus aluksi mitata humuspitoisuutta or-gaanisen hiilen maumlaumlraumlnauml (DOC) yhdellauml laboratoriokokeiden perusteella valitulla elekt-rodilla Laitteiston tarvitsema saumlhkouml saatiin akusta Saumlhkoumln saumlaumlstaumlmiseksi laite mittasi15 minuuttia kerrallaan ja rdquonukkuirdquo 45 minuuttia Mittausdata laumlhetettiin kaumlsiteltaumlvaumlksiNMR Oyn serverille

70

Kuva 47 Kenttaumlmittauslaitteisto Vasemmalla saumlhkoumlkaappi keskellauml mit-tapaumlauml jossa 1 mittauselektrodi ja erillinen referenssielektrodi se-kauml oikealla mittaripaketti asennettuna hiekkasuotimeen

832 Saumlhkoumlkemiallisten humusmittausten tulokset

Turvetuotantoalueelta tulevan veden mittauksesta naumlkee ettauml vedessauml on hyvinvoimakkaasti hapettuvia komponentteja Hapetusvirrat nousivat melko suureksi javaihtelivat sulamisvesien ja sateen mukaan Tyypilliset virtamaumlaumlraumlt turvetuotanto-vedessauml olivat tasolla 80ndash140 A kun taas puhtaissa vesissauml virta-maumlaumlraumlt ovattasolla 5ndash25 A (Kuva 48) (Laitinen et al 2014 ks luku 11)

Kuva 48 Turvetuotantoalueelta tulevan veden virta-arvot verrattuna juo-maveden virta-arvoihin (Laitinen et al 2014 ks luku 11)

Konttikokeiden aikana testattiin ja kehitettiin NRM Oyn saumlhkoumlkemiallista hu-mushapon mittaustekniikkaa Hapetus ja pelkistysvirtojen vaihtelut ajalla 118ndash1892014 serpentiniittipuhdistuksen aikana mitattiin ja niiden pitaumlisi teorian mu-kaan kuvata hapettuvien ainemaumlaumlrien muutoksia Jakson alussa hapettuvien kom-ponenttien maumlaumlrauml oli samalla tasolla kuin suolta tulevassa vedessauml Jakson keski-vaiheilla hapettuvien komponenttien maumlaumlrauml pieneni kun taas pelkistyvien kompo-nenttien maumlaumlrauml kasvoi Jakson loppujaksolla hapettuvien komponenttien maumlaumlraumlkasvoi voimakkaasti ja virrat olivat jopa tasolla 300ndash600 A kun normaali turve-tuotantoalueen vesien taso on 80ndash140 A Hapetus- ja pelkistysvirran maumlaumlraumlauml(mA) verrattiin TOC ja COD laboratoriotuloksiin Saumlhkoumlkemiallisen mittauksen jalaboratoriomaumlaumlritysten vaumllillauml ei kuitenkaan ollut korrelaatiota joten jatkokehitystaumltarvitaan Yksi syy taumlhaumln saattoi olla anturin paumlaumln likaantuminen jota ei pystyttyeliminoimaan saumlhkoumlkentaumln kaumlaumlntelyllauml

71

9 Puhdistusmenetelmien tehon jakustannusten arviointi

BAT-tekniikaksi hyvaumlksytty pintavalutuskenttauml puhdistaa riittaumlvaumlsti turvetuotantoalueel-ta virtaavia vesiauml jos se on perustettu sopivalle paikalle ja kaumlyttouml on suunnitelmanmukaista Koekentaumlksi valittiin ojitetulle ja lannoitetulle suolle tehty pintavalutuskenttaumljonka haittoja olivat humuksen ja fosforin liukeneminen sieltauml laumlhtevaumlaumln veteen Oiko-virtauksia esiintyi erityisesti suurten virtaamien aikana ja kiintoaineen huuhtoutumistajaumlaumltyneen pintavalutuskentaumln pinnasta

Tutkitun pintavalutuskentaumln toimintaa voidaan parantaa jonkin verran kalkituksellaja vaumllttaumlmaumlllauml oikovirtauksia Kalkitusta voidaan tehdauml PCC-tuotannon sivutuotteenasyntyvaumlllauml kalkilla Sen kokonaiskustannuksiksi arvioidaan 50 eurot jos kalkki sijoitetaanpaineputken viereen veden purkauskohtiin kuten kenttaumlkokeessa tehtiin Kalkkiatarvitaan ensimmaumlisinauml vuosina noin 100 t 100 ha tuotantoalalta tulevaa vesimaumlaumlraumlaumlkohti Kalkitusvaikutuksen tasaantuessa tarvitaan pienenevauml maumlaumlrauml kalkkia Jos kalki-tusta ei voida toteuttaa edellauml kuvatulla tavalla kalkkikivijauheen tai sammutetun kalkinsyoumlttoumlauml pintavalutuskentaumllle voisi kokeilla muutaman kerran vuodessa syoumlttaumlmaumlllauml sitaumlpumppukaivoon pumppauksen aikana Taumltauml kalkin syoumlttoumltapaa ei kokeiltu taumlssauml pro-jektissa Naumlmauml tuotteet ovat selvaumlsti kalliimpia kuin PCC-tuotannon sivutuote

Oikovirtausten vaumllttaumlmiseksi ehdotetaan veden syoumlttaumlmistauml sarkojen keskellereirsquoitetyn paineputken avulla Taumlmauml ei juuri lisaumlauml kustannuksia koska ojien tukkimista eitarvita Paineputken jaumlaumltymisen estaumlmiseksi taumlytyy varmistaa ettauml putki tyhjenee jaumlauml-tymisvaarassa olevalta osaltaan aina pumppauksen loputtua

Jos puhdistustarve on laumlhinnauml kiintoaineen poistamista niin hiekkasuodatus voisiolla riittaumlvauml alittamaan ympaumlristoumlluvan mukaisen kiintoainepitoisuuden ja reduktionilman haittavaikutuksia Hiekkasuodatuksen kytkennaumlksi ehdotetaan kuvien 49 ja 50mukaista jaumlrjestelyauml Vedet ohjataan virtaaman perusrakenteilta tasausaltaan kauttapumppualtaalle ja sieltauml mitta-pumppukaivoon josta pumpataan normaalisti hiek-kasuodatinkontin kautta alapuolen mittakaivoon Hiekkasuodattimen pesuvedet ohja-taan sulan maan aikana metsaumlalueelle kasteluvedeksi ja jaumlaumltyneen maan aikana pa-lautetaan virtaaman tasausaltaaseen Pesuveden kaumlyttaumlytymistauml metsaumlalueella tulisitutkia

Suodattimen ohipumppaus ehdotetaan sallittavan jos mittauksella (Kuva 51) osoi-tetaan ettauml laumlhtevaumln veden kiintoainepitoisuus alittaa asetun enimmaumlisrajan Lisaumlksi

72

ehdotetaan mittakaivosta 1 mittakaivoon 2 asennettavaksi rdquotulvaputkirdquo jota voidaanavata jos laiterikon tai muun syyn vuoksi on vaara ettauml patoaltaat rikkoutuvat niiden ylivirtaavan veden vuoksi Naumlillauml menettelyillauml varmistetaan ettauml kaikki vesistoumloumln lasket-tavan veden maumlaumlrauml ja pitoisuudet mitataan paumlaumlstoumljen laskentaa varten

Kuva 49 Hiekkasuodatuksen kytkeminen vesienkaumlsittelyyn

73

Kuva 50 Vesienkaumlsittelyjaumlrjestelmaumln poikkileikkaus

Kuva 51 Ohijuoksutuksen luvan perusteluksi esitetaumlaumln alhainen kiinto-ainepitoisuus ja mittakaivon korkea pinnankorkeus Kuvassaesimerkkinauml Pirtti-Peurusuon pintavalutuskenttauml 2n mittaukset

74

Vesiensuojelurakenteiden arvioidut investointi- ja kaumlyttoumlkustannuk-Taulukko 12set

75

Kuva 52 Valumavesien puhdistuskustannusten arviointi DS on Dy-naSand-hiekkasuodatin PIX105 on rautasulfaatti saostuskemi-kaalina

Puhdistusmenetelmien kustannukset (Kuva 52) eivaumlt tulisi olla ainut kriteeri vertail-la menetelmiauml Tarkastelussa tulee huomioida myoumls vastaanottavan vesistoumlnvedenlaatu ja arvioida puhdistustarve sen mukaan Vesiensuojelun perusrakenteettaumlyttaumlvaumlt harvoin puhdistusvaatimukset ilman lisaumlrakenteita Luonnonsuolle perus-tettu pintavalutuskenttauml poistaa yleensauml riittaumlvaumlsti kiintoainetta ja poistaa myoumlshumusta ja ravinteita Tutkimuskohteena ollut ojitetulle ja lannoitetulle suolle pe-rustettu pintavalutuskenttauml lisaumlsi humuksen ja fosforin pitoisuutta sekauml happamoittivettauml

Kvartsihiekkapatjalla varustettu konttihiekkasuodatin poistaa melko tehokkaastikiintoainetta Jos kvartsihiekan joukkoon lisaumltaumlaumln kalkkikivihiekkaa tai kaumlytetaumlaumln pel-kaumlstaumlaumln kalkkikivihiekkaa tai serpentiniittihiekkaa kiintoaineen poistamisen lisaumlksipoistetaan jonkin verran humusta ja ravinteita sekauml neutraloidaan laumlhtevaumlauml vettauml

Teollinen hiekkasuodin esimerkiksi DynaSand voi toimia hiekkasuodattimenakontin tavoin mutta sitauml voidaan kaumlyttaumlauml myoumls kemikaloinnilla tehostettuna koskasiinauml on jatkuva hiekan pesu ja silloin se kykenee poistamaan kiintoaineen ja saostetunsakan hyvin tehokkaasti Kalkkikivihiekan lisaumlaumlminen hiekan joukkoon neutraloi laumlhte-vaumlauml vettauml

Hiekkasuodatinmenetelmauml on taumlssauml suunniteltu niin ettauml sillauml pystytaumlaumln kaumlsittele-maumlaumln kaikki tuotantoalueelta laumlhtevauml vesi ympaumlristoumlluvan mukaiseen pitoisuuteenYmpaumlristoumlluvasta poiketen taumlssauml sallitaan hallittu ohipumppaus-juoksutus laumlhtevaumlnveden mittakaivon kautta

76

10 Yhteenveto

Tavoitteena oli kehittaumlauml kustannustehokas ympaumlrivuotisesti toimiva soilta turve-tuotannosta metsistauml ja suopelloilta tulevien humusvesien puhdistusteknologiajoka perustuu maaperaumlainesten ja teollisuuden sivuvirtojen hyoumldyntaumlmiseen puh-distuksessa Tavoitteeksi asetettiin 50 n reduktio humukselle ja 20 n tavoitefosforille Valumavesistauml erotettu aines voitaisiin saada mahdollisesti maanparan-nuskaumlyttoumloumln Lisaumlksi kehitettiin humuksen mittaukseen saumlhkoumlkemiaan perustuvaajatkuvatoimista ja ympaumlrivuotisesti toimivaa mittausta

LaboratoriokokeetIson joukon maa-aineksia ja teollisuuden sivuvirtoja mahdollisuudet ja rajoitteethumusvesien puhdistuksessa tutkittiin Kalkkituotteet ja serpentiniitti todettiin par-haiksi materiaaleiksi koska niistauml ei liukene haitallisia aineita ja ne nostavat pHnlaumlhelle neutraalia Lyhytaikaisesti saavutettiin tavoitteiksi asetettuja reduktioita

Jos tarvitaan merkittaumlvaumlauml pitkaumlaikaista humuksen (liuennut orgaaninen aines) jaravinteiden poistoa tarvitaan kemikaalisaostusta

Teollinen hiekkasuodin esimerkiksi DynaSand toimii hiekkasuodattimena muttasitauml voidaan kaumlyttaumlauml myoumls kemikaloinnilla tehostettuna koska siinauml on jatkuva hiekanpesu ja silloin se kykenee poistamaan kiintoaineen ja saostetun sakan hyvin tehok-kaasti Jos hiekkana kaumlytetaumlaumln osittain kalkkikivihiekkaa laumlhtevauml vesi neutraloituuMenetelmauml yhdistettynauml kemikaalisaostukseen tuottaisi puhtainta vettauml 1ndash2 euroMWh (n10 turpeen hinnasta) kalliimmalla hinnalla kuin pintavalutustekniikka eli kustannuk-set ovat noin kaksinkertaiset pintavalutuskenttaumlaumln verrattuna Kiintoaine- humus- jafosforipaumlaumlstoumlt vaumlhenevaumlt ja pH pysyy hyvaumlksyttaumlvaumlllauml tasolla kalkin ansiosta

Humuksen mittausmenetelmaumlJatkuvatoimista saumlhkoumlkemiallisen humuksen mittausmenetelmaumlauml kehitettiin labo-ratoriokokein ja testattiin kenttaumlolosuhteissa Laboratoriossa saatiin hyviauml korrelaa-tioa humuspitoisuudelle ja haumlirioumlaineiden vaikutuksille mutta mittaus ei sovelluvielauml jatkuvatoimiseen kenttaumlmittaukseen

Humusveden mikrobiologinen puhdistusKolme VTTn kantakokoelmasta otettua sienikantaa kirkasti humusvettauml Parhaitenhumusvettauml kirkasti P chrysosporium (vaumlhenemauml 45 ) Streptomyceskannat

77

kasvoivat hyvin humusvedessauml mutta humusveden kirkastumista ei havaittuVoimakas kasvu viittaa siihen ettauml bakteerit kaumlyttivaumlt hyvaumlkseen veden ravinteitaJatkokokeissa kannattaisi kantaja-aineista tehdauml taumlytekappalekolonneja

Humusveden konsentrointiHumusveden konsentrointi sekauml mikro- ettauml ultrasuodatuksella onnistui hyvinTosin ultrasuodatuksessa kalvopinta-alaa tarvitaan moninkertaisesti verrattunamikrosuodatukseen Ultrasuodatus pidaumlttaumlauml arvoaineet hyvin konsentraattiin mut-ta mikrosuodatuksella konsentraattiin saadaan enaumlauml 15 arvoaineista Kiinto-ainevapaan liuenneen aineen erotus jatkojalostukseen edellyttaumlauml ensin kiintoai-neen poistoa mikrosuodatuksella ja siitauml tulevan suodoksen konsentrointia ult-rasuodatuksella Erotuksen kannattavuus edellyttaumlauml mahdollisten hyoumltyaineidenfraktioitavuuden selvittaumlmistauml ultrasuodatuskonsentraatista

Kenttaumlpilotti PVK 2llaNykyaumlaumln joudutaan pintavalutuskenttauml usein tekemaumlaumln ojitetulle alueelle mikaumllisaumlauml oikovirtausten kautta kiintoaineen nousuriskiauml valumavesissauml Mikaumlli alue onlannoitettu kasvaa riski fosforipitoisuuden kohoamisesta valumavesissauml

Kenttaumlkokeissa kalkituksen vaikutus naumlkyi pHssa joka nousi kalkinlevityksen jaumll-keen pintavalutuskentaumln naumlytteenottopisteissauml sekauml alapuolisessa mittakaivossaPCC-tuotannon sivutuotteesta tehdyt kalkkikasat rdquokuorettuivatrdquo jolloin kalkin reaktioky-ky heikkeni kalkki pitaumlisi saada sekoitettua PVKlle pumpattavaan veteen Fosforin jaTOCn pitoisuuden nousu pintavalutuskentaumlllauml naumlyttaumlisi lievenevaumln kalkituksen vaiku-tuksesta Tutkimuksen kohteena ollut pintavalutuskenttauml poisti hyvin kiintoainettamutta lisaumlsi orgaanisen aineen sekauml fosforin kuormitusta sillauml alue on aikoinaan met-saumllannoitettu Metsauml-eristysojan fosfori- typpi- ja kiintoainepitoisuudet olivat alempia jaTOC- ja DOC-pitoisuudet korkeampia kuin pintavalutuskentaumlltauml tulevan veden Tarvit-taisiin pidempiaikaista ympaumlrivuotista seurantaa jotta kalkin vaikutuksesta saataisiintarkempaa tietoa pintavalutuskentaumln puhdistustehoon

Alapuolisen Pirttijaumlrven COD-pitoisuudet olivat korkeampia ja pH alhaisempi kuinturvetuotantoalueelta tulevan veden Turvetuotannon ympaumlristoumllupapaumlaumltoumlsten puhdis-tusvaatimuksia laadittaessa tulisi kiinnittaumlauml huomiota ennen kaikkea alapuolisen vesis-toumln laatuun ja asettaa puhdistusvaatimukset sen mukaisesti Alapuolisen vesistoumln sekaumlympaumlristoumln kannalta on oleellista millaista vettauml koko turvetuotantoalueelta tulee eikaumlse mikauml on yksittaumlisen puhdistusmenetelmaumln reduktioprosentti Puhdistusmenetelmaumll-lauml saadaan sitauml parempia reduktioita mitauml suurempien pitoisuuksien vettauml sinne ohja-taan

Hiekkasuodatuskontti PVK 1llaumlKalkkikivihiekka- ja serpentiniittihiekkapatjalla varustettu konttisuodatin poisti mel-ko tehokkaasti kiintoainetta ja lisaumlksi poistettiin jonkin verran humusta ja ravinteitasekauml neutraloitiin laumlhtevaumlauml vettauml Reduktiot olivat humukselle (DOC) 11-16 fosforille 21ndash23 ja kiintoaineelle 37 Mikaumlli kiintoaineesta otetaan pois hiekas-ta tuleva lisauml saadaan reduktioksi noin 60 Suodosten DOC pitoisuus oli noin30 mgl ja vastaavasti kiintoaineen pitoisuus noin 8 mgl eli pitoisuudet olivat luon-

78

non humusvesien tasolla Korkeammasta syoumltteen pitoisuudesta saatiin parempikiintoainereduktio Kalkkikivi ja serpentiniitti nostivat pHn tasolle 7 Pelkkaumlkvartsihiekkapatja poistaisi kiintoainetta mikaumlli sen hiekan raekoko on sama kuinkalkkikivihiekalla

Hiekkasuodatuskonttia voisi soveltaa turvetuotantoalueen valmisteluvaiheen vesi-en kaumlsittelyyn metsaumltalouden valumavesien kaumlsittelyyn esim kunnostusojitustenyhteydessauml jatkuvaan kaumlyttoumloumln erityisesti siellauml missauml ei ole sopivaa aluetta pintavalu-tuskentaumllle

Jos puhdistustarve on laumlhinnauml kiintoaineen poistamista kehitteillauml oleva hiek-kasuodinkonttiin perustuva jaumlrjestelmauml voisi olla riittaumlvauml menetelmauml Vain suotimenpesuvesi ohjataan kasteluvedeksi suometsaumlalueellevalutuskentaumllle Pesuveden maumlauml-rauml olisi vain 15 tavanomaiselle pintavalutuskentaumllle menevaumlstauml vesimaumlaumlraumlstauml jollointarvittava alue on paljon pienempi kuin normaali pintavalutuskenttauml Fosforipaumlaumlstouml jaohivirtaukset olisivat paljon pienempiauml kuin ojitetunlannoitetun pintavalutuskentaumlntapauksessa koska koekentaumlllauml fosfori ja humuspaumlaumlstoumlt lisaumlaumlntyivaumlt

Kehitetyn konttipuhdistusmenetelmaumln kustannukset ovat kalleimman eli kemika-loinnin ja halvimman eli pintavalutuskentaumln vaumllissauml mutta se vaatii vielauml jatkokehitystauml

Yleisiauml ehdotuksia vesienkaumlsittelyjaumlrjestelmiinHuippuvirtaamat ovat ongelma kaikissa menetelmissauml ja se esitetaumlaumln ratkaista-vaksi tasausaltaalla silloin kun se suinkin on mahdollista Sen kooksi arvioitiin30000 m3 (15 ha) 100 han tuotantoalueelle

Lumen sulamisvesiauml voisi ohjata pintavalutuskentaumln ohi jaumlaumltyneen kentaumln aikanaOhjaavana suureena voisi olla esimerkiksi jatkuvatoiminen kiintoainemittaus

Kovilla pakkasilla kun kenttauml on roudassa veden pumppauksesta pintavalutus-kentaumllle kannattaisi luopua

Veden syoumlttaumlmistauml pintavalutuskentaumllle tulisi kehittaumlauml niin ettauml vaumlltetaumlaumln jaumlaumlty-misongelmat ja oikovirtaukset

Puhdistusmenetelmien arviointiin aloitettiin menetelmaumln kehittaumlminen joka ottaahuomioon vastaanottavan vesistoumln pitoisuudet maankaumlyttoumlmuodosta laumlhtevaumln vedenennustetun laadun eri paumlaumlstoumljen arvotuksen puhdistusmenetelmien reduktiot ja kus-tannukset

79

11 Projektissa syntyneet raportit ja julkaisut

Heimala E Heimala S 2012 Kirjallisuustutkimus luonnon mineraalien kaumlytoumlstaumlsuo- metsauml- ja pelto-ojien vesien puhdistuksesta NRM Oy 10 s + 5 liitet-tauml

Pirkonen P 2013 Turvetuotantoalueiden metsaumltalouden ja maatalouden vesien-suojelun nykytila VTT tutkimusraportti VTT-R-08698-12 20 s

Heimala S Laitinen S 2013 HUMUSVESI-PROJEKTI Humusvesien saumlhkoumlke-mialliset mittaukset ndash Loppuraportti ndash Vaihe 1 NRM Oy 37 s

Pirkonen P Heikkinen J Seppaumlnen V Poranen J Laitinen S HeimalaS Humuksen poisto valumavesistauml Bioenergia Nr 4 2013 s 34ndash36VTT NRM Oy

Heikkinen J Pirkonen P Seppaumlnen V 2013 HUMUSVESI-hanke Kirjallisuus-selvitys VTT-R-08135-13 27 s

Pirkonen P Heikkinen J Seppaumlnen V 2013 HUMUSVESI-hanke Loppura-portti humusvesien ensimmaumlisen vaiheen puhdistuskokeista 01052012ndash30062013 VTT-R-04463-13 37 s

Marjamaa K Vikman M 2013 Humusaineiden biologinen hajotus Humusvesi-projekti Projektiraportti 2013 12 s

Heikkinen J Seppaumlnen Pirkonen P Ihalainen J Poumlntynen R Humusvesi-projektin Loppuseminaari 19112014 Saarijaumlrvi

Seppaumlnen V Pirkonen P Heikkinen J Kenttaumlkokeiden puhdistustehon ja kus-tannusten arviointia Humusvesi-projektin Loppuseminaari 19112014Saarijaumlrvi

80

Siimekselauml T Seppaumlnen V Stenman T Lahtela S Vilkkilauml H Lampila T2014 HUMUSVESIEN PUHDISTUSTEKNOLOGIA Kenttaumlkokeiden tu-lokset Humusvesi-projektin Loppuseminaari 19112014 Saarijaumlrvi

Pirkonen P Heikkinen J Seppaumlnen V Stenman T Siimekselauml 2014HUMUSVESI-hanke Loppuraportti humusvesien ensimmaumlisen vaiheenpuhdistuskokeista 01052012-30062013 VTT-R05566-14 37 s

Marjamaa K Vikman M 2014 Humusvedet-mikrobipuhdistus Humusvesi-projekti Projektiraportti 2014 23 s

Pirkonen P Heikkinen J Seppaumlnen V Stenman T Siimekselauml T 2014HUMUSVESI-hanke Loppuraportti humusvesien toisen vaiheen puhdis-tuskokeista 01072013ndash28022015 VTT-R-05566-14 42 s

Laitinen S Heimala S Vellonen E Heimala E 2014 HUMUSVESI-hankeSaumlhkoumlkemiallisen mittausmenetelmaumln perus- ja kenttaumltestit Pirtti-Peurusuolla 2014 NMR Oy Projektiraportti 19 s

Heikkinen J Pirkonen P Seppaumlnen V 2015 Low cost sorbents for humic sub-stances solids and phosphorus removal from runoff waters from peatproduction fields To be published in Journal of environmental protection

Heikkinen J Pirkonen P Seppaumlnen V 2015 Comparison of low cost sorbentsdynamic sand filtration and membrane filtration for removal of humicsubstances from natural waters To be published in Journal of Environ-mental Protection

Seppaumlnen V Pirkonen P Heikkinen J Stenman T 2015 Turvetuotannonvalumavesien puhdistusmenetelmaumlt Julkaistaneen Bioenergia-lehdessauml

81

Kirjallisuus

Abate G Masini JC 2003 Influence of pH and ionic strength on removal pro-cesses of a sedimentary humic acid in a suspension of vermiculite Col-loids Surf A 226 25ndash34

Akbour et al 2002 Transport of Kaolinite Colloids through Quartz Sand Influenceof Humic Acid Ca2+ and Trace Metals Journal of Colloid and InterfaceScience 253 1ndash8

Aluehallintovirasto 2012 Pirtti-Peurusuon turvetuotantoalueen ympaumlristoumllupapaumlauml-toumlksen lupamaumlaumlraumlysten tarkistaminen ja laajennusalueen ympaumlristoumllupasekauml toiminnan aloittaminen Paumlaumltoumls Nro 5920121 DnroLSSAVI12804082010

Balcke et al 2002 Adsorption of Humic Substances onto Kaolin Clay Related toTheir Structural Features Soil Sci Soc Am J 661805ndash1812

Capasso S Salvestrini S Coppola E Buondonno A Colella C 2005 Sorp-tion of humic acid on zeolitic tuff a preliminary investigation Appl ClaySci 28 159ndash165

Chen JP Wu S 2004 Simultaneous adsorption of copper and humic acid ontoactivated carbon J Colloid Interface Sci 280 334ndash342

Cornell University 2007 Cation Exchange Capacity (CEC) 2007

Daifullah AAM Girgis BS Gad HMH 2004 A study of the factors affectingthe removal of humic acid by activated carbon prepared from biomassmaterial Colloids Surf A 235 1ndash10

Doulia D Leodopoulos C Gimouhopoulos K Rigas F 2009 Adsorption ofhumic acid on acid-activated Greek bentonite J Colloid Interface Sci340 131ndash141

Evanko CR Dzombak DA 1998 Influence of structural features on sorption ofNOM analogue organic acids to goethite Environ Sci Technol 322846ndash2855

Ferro-Garcia MA Rivera-Utrilla J Bautista-Toledo I Moreno-Castilla C 1998Adsorption of humic substances on activated carbon from aqueous solu-tions and their effect on the removal of Cr(III) ions Langmuir 14 1880ndash1886

82

Han S Kim S Lim H Choi W Park H Yoon J Hyeon T 2003 New na-noporous carbon materials with high adsorption capacity and rapid ad-sorption kinetics for removing humic acids Microporous Mesoporous Ma-ter 58 131ndash135

Sparks D 1995 Environmental Soil Chemistry Academic Press Inc

Hyxo Oy 2013 DynaSand hiekkasuodattimet Esite 2013

Kaneco S Itoh K Katsumata H Suzuki T Masuyama K Funasaka KHatano K Ohta K 2003 Removal of natural organic polyelectrolytesby adsorption onto tobermorite Environ Sci Technol 37 1448ndash1451

Murphy E Zachara J 1995 The role of sorbed humic substances on the distri-bution of organic and inorganic contaminants in groundwater Geoderma67 103ndash124

Nikkarinen M Kollanus V Ahtoniemi P Kauppila T Holma A Raumlisaumlnen MMakkonen S Tuomisto J (toim) 2008 Metallien yhdennetty kohde-kohtainen riskinarviointi Kuopion yliopiston Ympaumlristoumltieteen laitoksenmonistesarja 32008 Loppuraportti Finmerac-projekti Kuopio 2008

Nordkalk 2013 wwwnordkalkfi 2013

Nurminen P 2013 Suullinen tiedonanto 2013 Metso Oyj

Pakkila J 2008 Pintavalutus arseenin ja typen poistossa Suurikuusikon kulta-kaivoksen valumavesistauml Diplomityouml Oulun yliopisto

Poutanen H 2012 Alkukemikaloinnin tehostaminen talousveden valmistuksessaDiplomityouml Aalto-yliopisto

Ronkainen N 2012 Suomen maalajien ominaisuuksia Suomen ympaumlristoumlkes-kus

Raumlnkman E 2010 Tekopohjavesiprosessin tarkastelu ja kehittaumlminen Nokianvesilaitoksella Diplomityouml Tampereen teknillinen yliopisto

Salman M El-Eswed B Khalili F 2007 Adsorption of humic acid on bentoniteAppl Clay Sci 38 51ndash56

Sharma P Dissertation 2010 As-mineral-humic substance interactions ndash Influ-ence of natural organic matter on sorption and mobility of As EberhardKarls Universitaumlt Tuumlbingen

83

Seppaumlnen V 2010 Anaerobisten olosuhteiden vaikutus aggregaattien stabiili-suuteen happamassa sulfaattimaassa Maatalous-metsaumltieteellinentiedekunta Helsingin yliopisto

Tashauoei et al 2010 Removal of cadmium and humic acid from aqueous solu-tions using surface modified nanozeolite A Int J Environ Sci Tech 7(3) 497ndash508

Vermeer AWP Van Riemsdijk WH Koopal LK 1998 Adsorption of humicacid to mineral particles 1 Specific and electrostatic interactions Lang-muir 14 2810ndash2819

Wahlstroumlm M Laine-Ylijoki J 1997 Ympaumlristoumltekijaumlt ja niiden tutkiminen maara-kentamisessa hyoumltykaumlytettaumlvien materiaalien liukoisuustutkimuksissaVTT Tiedotteita 1852 VTT

Wang et al 2007 Single and co-adsorption of heavy metals and humic acid on fly ashhttpwwwthaiscienceinfoArticle20for20ThaiScienceArticle4Ts-420single20and20co-adsorp-tion20of20heavy20metals20and20humic20acid20on20fly20ashpdf

Weng L Van Riemsdijk WH Koopal LK Hiemstra T 2006 Adsorption ofhumic substances on goethite comparison between humic acids and ful-vic acids Environ Sci Technol 40 7494ndash7500

Weng L Van Riemsdijk WH Hiemstra T 2007 Adsorption of humic acids ontogoethite effects of molar mass pH and ionic strength J Colloid Inter-face Sci 314 107ndash118

Wibulswas R White DA Rautiu R 1998 Removal of humic substances fromwater by alumina-based pillared clays Environ Technol 19 627ndash632

Yan WL Bai R 2005 Adsorption of lead and humic acid on chitosan hydrogelbeads Water Res 39 688ndash698

Julkaisun sarja ja numero

VTT Technology 223

Nimeke Humusvesien puhdistus Tekijauml(t) Pentti Pirkonen Veli Seppaumlnen Juha Heikkinen Tarja Stenman Tiina Siimekselauml

Tiivistelmauml EAKR-hanke HUMUSVESI kehitti kustannustehokasta humusvesien puhdistusteknologiaa Puhdistuksessa hyoumldynnettiin maaperaumlstauml ja teollisuuden sivuvirroista laumlhtoumlisin olevien materiaalien saumlhkoumlkemiallisia ominaisuuksia Projekti toteutettiin yhteistyoumlssauml VTTn JAMKn NRM Oyn Keski-Suomen Metsaumlkeskuksen Vapo Oyn ja Turveruukki Oyn kanssa Ison joukon maa-aineksia ja teollisuuden sivuvirtoja mahdollisuudet ja rajoitteet humusvesien puhdistuksessa tutkittiin Kalkkituotteet ja serpentiniitti todettiin parhaiksi materiaaleiksi Lyhytaikaisesti saavutettiin tavoitteiksi asetettuja reduktioita Jos tarvitaan merkittaumlvaumlauml pitkaumlaikaista humuksen (liuennut orgaaninen aines) ja ravinteiden poistoa tarvitaan kemikaalisaostusta Humusveden puhdistus kaupallisella hiekkasuodatustekniikalla yhdistettynauml kemikaalisaostukseen tuottaisi puhtainta vettauml 1-2 euroMWh kalliimmalla hinnalla kuin pintavalutustekniikka Kiintoaine- humus- ja fosforipaumlaumlstoumlt vaumlhenevaumlt pH pysyy hyvaumlksyttaumlvaumlllauml tasolla kalkin ansiosta Saumlhkoumlkemiallisen humusmittaus vaatii vielauml jatkokehitystauml Pienimuotoisesti tutkittiin mikrobiologian ja kalvosuodatuksen mahdollisuuksia humusvesien puhdistuksessa Ojitetulla pintavalutuskentaumlllauml saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) valmistusprosessin sivutuote nosti poistuvan veden pHta 1-15 yksikkoumlauml ehkaumlisi fosforin liukenemista ja poisti jonkin verran humusta muttei riittaumlvaumlsti Hiekkasuodinkontissa sekauml kalkkikivi- ja serpentiniittihiekka nostivat pHn neutraalille alueelle Reduktiot olivat humukselle (DOC) 11-16 fosforille 21-23 ja kiintoaineelle 37 tai 60 mikaumlli kiintoaineesta otetaan pois hiekasta tuleva lisauml Suodosten pitoisuudet olivat DOClle noin 30 mgl ja kiintoaineelle noin 8 mgl eli ne olivat luonnon humusvesien tasolla Jos tarvitaan vain kiintoaineen poistamista hiekkasuodinkonttiin perustuva jaumlrjestelmauml voisi olla riittaumlvauml menetelmauml Vain suotimen pesuvesi ohjattaisiin suometsaumlalueelle tai valutuskentaumllle kasteluvedeksi Pesuveden maumlaumlrauml olisi 15 tavanomaiselle pintavalutuskentaumllle menevaumlstauml vedestauml jolloin tarvittava alue on paljon pienempi kuin normaali pintavalutuskenttauml Fosforipaumlaumlstouml ja ohivirtaukset olisivat paljon pienempiauml kuin ojitetunlannoitetun pintavalutuskentaumln tapauksessa koska koekentaumlllauml fosfori ja humuspaumlaumlstoumlt lisaumlaumlntyivaumlt Kehitetty konttipuhdistuslaitteisto on kustannuksiltaan edullinen mutta menetelmauml vaatii vielauml jatkokehitystauml Ongelmalliset huippuvirtaamat esitetaumlaumln ratkaistavaksi tasausaltailla silloin kun se suinkin on mahdollista ja mittauksen perusteella hallitulla ohijuoksutuksella Lumen sulamisvesiauml voisi ohjata pintavalutuskentaumln ohi jaumlaumltyneen kentaumln aikana Ohjaavana suureena voisi olla jatkuvatoiminen kiintoainemittaus

ISBN ISSN ISBN 978-951-38-8309-6 (nid) ISBN 978-951-38-8310-2 (URL httpwwwvttfipublicationsindexjsp) ISSN-L 2242-1211 ISSN 2242-1211 (Painettu) ISSN 2242-122X (Verkkojulkaisu)

Julkaisuaika Toukokuu 2015

Kieli Suomi englanninkielinen tiivistelmauml

Sivumaumlaumlrauml 83 s

Projektin nimi HUMUSVESI

Rahoittajat EAKR (Keski-Suomen Liitto) Vapo Oy Vapo Oyn saumlaumltiouml Turveruukki Oy Metsaumlkeskus ja VTT

Avainsanat valumavedet humus turvetuotanto puhdistus saostus sorptio

Julkaisija Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy PL 1000 02044 VTT puh 020 722 111

Series title and number

VTT Technology 223

Title Purification of humic waters Author(s) Pentti Pirkonen Veli Seppaumlnen Juha Heikkinen Tarja Stenman Tiina Siimekselauml

Abstract EAKR-project HUMUSVESI developed low cost purification method for humic waters Purification was aided by materials originating from soil and side streams of industrial processes Project was carried out in co-operation with VTT JAMK NRM Oy Keski-Suomen Metsaumlkeskus Vapo Oy and Turveruukki Oy Pros and cons of great number of soil and industrial side stream materials were studied in the purification of humic waters Calcium products and serpentinite proved to be the best materials The goals of concentration reduction were obtained in short term laboratory runs Anyway chemical coagulation is needed if the long lasting high reduction of humic substancies (DOC) is claimed Purification of humic water using commercial sand filtration technique combined with chemical precipitation would produce the cleanest water by 1ndash2 euroMWh more expensive price than the run off field method does Discharges of solids humic matter and phoshorus are lowered and pH stays at the approvable level due to calcium content Electrochemical method developed for humic matter still needs development work before it is capable for field measuring Micbological method and membrane filtration studied in lab need basic research too Side product from precipitated calcium carbonate process (PCC) raised 1ndash15 units of pH of run off water in the ditched over flow field prevented solution of phosphorus and removed slightly humic matter but not enough Calcium carbonate- and serpentinite sands were used as filter material in filtration container These substances raised pH of filtrate up to neutral stage Concentration reduction was 11ndash16 for humic matter 21ndash23 for phosphor and 37 for solids Solids reduction was 60 if the extra inorganic load originating from filter sand was excluded Concentration of humic matter in filtrates was about 30 mgl and about 8 mgl for solids These values are quite similar to natural humic waters Developed sand filtration container method could be suitable for run off waters if mainly removal of solids is demanded Only washing water from container is led to marsland forestrun of field The amount of water is only 15 of the water flow to conventional run off field leading to much smaller need for surface area of run off field This method low cost system but still development work is needed Problematic peak flows are suggested to be solved by using balancing basins in every case when it is possible and controlled bypass flow Snow smelting waters could be guided bypass the overland flow field through the solids measuring point when the run off field is at frozen stage

ISBN ISSN ISBN 978-951-38-8309-6 (Soft back ed) ISBN 978-951-38-8310-2 (URL httpwwwvttfipublicationsindexjsp) ISSN-L 2242-1211 ISSN 2242-1211 (Print) ISSN 2242-122X (Online)

Date May 2015

Language Finnish English abstract

Pages 83 p

Name of the project HUMUSVESI

Commissioned by EAKR (Keski-Suomen Liitto) Vapo Oy Vapo Oyn saumlaumltiouml Turveruukki Oy Metsaumlkeskus ja VTT

Keywords run off waters peat production humic substances purification precipitation adsorption

Publisher VTT Technical Research Centre of Finland Ltd PO Box 1000 FI-02044 VTT Finland Tel 020 722 111



VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


VTT TECHNOLOGY 223

Humusvesien puhdistus

Pentti Pirkonen

Veli Seppaumlnen

Juha Heikkinen

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Tarja Stenman

Tiina Siimekselauml

JAMK Biotalousinstituutti


VTT Technology 223








3






4


1 Johdanto 6












5











10 Yhteenveto 76


Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223



VTT Technology 223








3






4


1 Johdanto 6












5











10 Yhteenveto 76


Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


3






4


1 Johdanto 6












5











10 Yhteenveto 76


Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


4


1 Johdanto 6












5











10 Yhteenveto 76


Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


5











10 Yhteenveto 76


Kirjallisuus 81

6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


6

1 Johdanto







7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


7




50 alle 8 mgl





8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


8



9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


9

2 Kirjallisuus








10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


10


22 Sorptio





11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


11




12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


12




13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


13



23 Saostus



14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


14




24 Hiekkasuodatus





15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


15



16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


16


31 Materiaalit






17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


17

32 Analyysit








18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


18




19


322 Vesianalyysit





20




21






22


23



24






25



Jatkuvatoiminen

suoveden humuksen


kolonneissa

Vesi ulos

Vesi sisaumlaumln

26



27


421 Sorptiokokeet



28



Vaumlrireduktio()

CODCr-reduktio()





Kokeenkesto(h)

pH( - )

Vaumlri(Abs 257nm)

CODCr(mgl)

Kiinto-aine(mgl)


0167 5 107 0313 43 na


savi 05kipsi 05 20 62 0331 19 28

29


422 Saostuskokeet





30








31



32







33






34



35


36


Rikinpoistokipsi


37





38




pH NH4-N

(microgl)

NO2-N

(microgl)

NO3-N

(microgl)

Sulfaatti

(mgl)

Kalsium

(mgl)

Rauta

(mgl)

Alumiini

(microgl)

Kromi

(microgl)

Laumlhtouml 61 10 2 330 10 91 37

21 h 116 -119

70 11 360 40 620 0005 120 10


39


Rahkasammal




Ferrokromikuona


40



41

Serpentiniitti





42


43










44










45








46




47












48








49








50





51



52



Mn Mw PD TOCmgl

DOCmgl


mgl

Kuiva-ainepitoisuus



2500 41 800 167 210 150 416 800


2500 28 700 115 750 520 2318 3021


53




54










55




56





57




58


59
















60


73 Tulokset



61




min max min max

Sameus (FTU) 93 38 565 35 15 273 62

Kiintoaine (mgl) 51 21 311 19 08 15 63

CODMn

(mgl) 223 137 344 306 196 368 - 37

TOC (mgl) 196 12 303 269 172 324 - 37

P-tot (microgl) 21 13 51 114 38 190 -296

NO3-N (microgl) 976 18 340 562 3 340 6

NH4-N (microgl) 3374 64 540 921 11 310 83

62



63








64




65




66








67







68





69







70






71







72



73



74


75






76

10 Yhteenveto







77







78










79











80









81

Kirjallisuus












82















83











VTT Technology 223












VTT Technology 223




Date May 2015


Pages 83 p







VT

T T

EC

HN

OL

OG

Y 2

23

Hu

mu

svesie

n p

uh

distu

s

bullVISIONSbullS

CIE

NC

EbullT

ECHNOLOGYbullR

ES

EA

RC

HHIGHLIGHTS

223


Documents

Humusvesien puhdistus - VTT · 2020. 3. 9. · Humusvesien puhdistus EAKR-hanke HUMUSVESI kehitti kustannustehokasta humusvesien puhdistusteknologiaa. Puhdistuksessa hyödynnettiin