Luken vedenkäsittelykenttä
Johdanto
Luonnonvarakeskuksen Laukaan kiertovesilaitoksen yhteyteen rakennettiin passiivinen vedenkäsittelykenttä, jonka tarkoituksena on käsitellä kiertovesilaitoksen poistovesi ja ottaa se uudelleen käyttöön. Lisäksi kenttä tarjoaa passiivisiin ja luonnollisiin prosesseihin perustuvan poistovedenkäsittelyn tutkimisen.
Luken kiertovesilaitoksen ja vedenkäsittelykentän prosessinkuvaus
Vedenkäsittelykenttä koostuu kolmesta eri osasta/alueesta:
1. Hakereaktorista --> typen poisto
2. Kosteikosta --> orgaanisen aineksen, typen ja fosforin poisto
3. Hiekkasuodatuksesta --> orgaanisen aineksen ja hiilen poisto
Vedenkäsittelykentän lämpötilakäyrä 13.6.2019 - 13.7.2021:
Veden lämpötilaero kenttään tulevan veden ja sieltä poistuvan veden (hiekkasuodatuksen jälkeen) vaihtelee 0-8-asteen välillä. Talvisaikaan vesi jäähtyy selkeästi enemmän vedenkäsittelykentässä verrattuna kesäaikaan.
Hakereaktori (1- vaihe vedenkäsittelykentässä)
Kyseessä hapeton denitrifikaatioon perustuva reaktori, jossa puu (koivuhake) toimii hiilen lähteenä bakteereille
Kenttään tulevan veden nitraattityppi (NO3-N) haihtuu typpikaasuna ilmaan. Hakkeen syvyys on1,5 metriä, josta pintakerros toimii kuivana eristeenä. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva hakereaktorista, sinisellä nuolella osoitettu veden virtaussuunta:
Leikkauskuva hakereaktorin rakenteesta:
Hakereaktorissa käytettyä koivuhaketta:
Hakereaktorin poistotehokkuus (reduktio), että typenpoistonopeus (kuinka paljon kuutio haketta pystyy muuttamaan nitraattia typpikaasuksi päivässä) riippuu tuloveden nitraattipitoisuudesta ja viipymästä:
Reaktoriin johdettava vesi tulisi olla mahdollisimman kiintoainevapaata --> esim. Laukaassa kiertovesilaitoksen lietevesi ensin tiivistetään kemikaaleilla, ja syntyvä kirkas rejektivesi ohjataan kenttään --> tiivistyksen on onnistuttava hyvin.
Kosteikko (2- vaihe vedenkäsittelykentässä)
Vertikaalinen, veden kylläisyysvyöhykkeen sisältävä kosteikko. Kosteikon syvyys on 1,5 metriä, josta 70 senttiä veden kyllästämä osuus. Kasvit ja juurien mikrobisto sitovat ravinteita (typpi ja fosfori) ja orgaanista materiaalia. Talvella saattolämmitys ja olkikate päällä. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva kosteikosta, veden virtaussuunta osoitettu sinisellä nuolella:
Leikkauskuva kosteikon rakenteesta:
Ravinteiden sitoutuminen heikkoa kosteikossa, mutta orgaanisen aineksen sitoutuminen ollut hyvää (ilmentyy veden sameuden vähenemisenä):
Tuleva vesi hakekentältä on hapetonta, mutta kosteikoilla on kyky hapettaa sitä. Alkuvaiheessa suuri orgaaninen kuorma hakepediltä kulutti kuitenkin paljon happea. Järviruokojen juuristo ei ehtinyt tunkeutua tarpeeksi syvälle (kuivuus) --> asennettiin tihkukastelujärjestelmä kentän päälle, joka kierrättää samalla vettä, pohjalta päälle jonka pitäisi edesauttaa hapettumista.
Hiekkasuodatus (3-vaihe vedenkäsittelykentässä)
Horisontaalinen “maaperäsuodatus”, soveltaa tekopohjaveden muodostumista. Partikkeleiden fysikaalis-kemiallinen sitoutuminen hiekkaan, mutta myös mikrobiologista hajoamista tapahtuu. Kyseessä kylläinen vyöhyke: koko korkeus 2 metriä, josta 1,6 metriä veden kyllästämää. Ei sisällä sulfidi- eikä rapautumisalttiita mineraaleja. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva hiekkasuodatuksesta, veden virtaussuunta osoitettu sinisellä nuolella:
Leikkauskuva hiekkasuodattimen rakenteesta:
Hiekkasuodatuskentässä on hyvä fosfaatin sitoutuminen (pinnankorkeuden ja virtaaman noston jälkeen). Myös sameita ajanjaksoja, vähemmän täydellä kuormalla:
Hapettomuus voi aiheuttaa metallien liukenemista --> Alussa esiintyi enemmän, kyseessä helposti liukenevat mineraalit? Mangaani, koboltti ja arsenikki seurattavia metalliyhdisteitä.
Tarvitaanko hiekkasuodatusta?
• Sameus alenee kosteikolla
• Fosforin sitoutuminen odotettua tärkeämpää hiekkasuodatuksessa
Tuloksia koko kentän toiminnasta
Fosfaattifosfori:
• 2019: 94% poistoteho
• 2020: 85% poistoteho
• 2021: 98% poistoteho
Nitraattityppi
• 2019: 98% poistoteho
• 2020: 98% poistoteho
• 2021: 89% poistoteho
Sameus
• 2021 keskimäärin 5.8 FTU
Kokonaisfosforista ja fosfaattifosforista puolet sitoutuu jo hakekenttään. Denitrifikaatio nostaa veden alkaliniteettia – pH säädön tarve pienenee.
Lähteet ja lisää aiheesta:
Laukaan RAS vedenkäsittelykenttä_tuloksia_Petra.pdf
Vedenkäsittelykenttä_passiiviset vedenkäsittelyratkaisut_Pulkkinen_Jani.pdf
Luken kiertovesilaitoksen ja vedenkäsittelykentän prosessinkuvaus
Vedenkäsittelykenttä koostuu kolmesta eri osasta/alueesta:
1. Hakereaktorista --> typen poisto
2. Kosteikosta --> orgaanisen aineksen, typen ja fosforin poisto
3. Hiekkasuodatuksesta --> orgaanisen aineksen ja hiilen poisto
Vedenkäsittelykentän lämpötilakäyrä 13.6.2019 - 13.7.2021:
Veden lämpötilaero kenttään tulevan veden ja sieltä poistuvan veden (hiekkasuodatuksen jälkeen) vaihtelee 0-8-asteen välillä. Talvisaikaan vesi jäähtyy selkeästi enemmän vedenkäsittelykentässä verrattuna kesäaikaan.
Hakereaktori (1- vaihe vedenkäsittelykentässä)
Kyseessä hapeton denitrifikaatioon perustuva reaktori, jossa puu (koivuhake) toimii hiilen lähteenä bakteereille
Kenttään tulevan veden nitraattityppi (NO3-N) haihtuu typpikaasuna ilmaan. Hakkeen syvyys on1,5 metriä, josta pintakerros toimii kuivana eristeenä. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva hakereaktorista, sinisellä nuolella osoitettu veden virtaussuunta:
Leikkauskuva hakereaktorin rakenteesta:
Hakereaktorissa käytettyä koivuhaketta:
Hakereaktorin poistotehokkuus (reduktio), että typenpoistonopeus (kuinka paljon kuutio haketta pystyy muuttamaan nitraattia typpikaasuksi päivässä) riippuu tuloveden nitraattipitoisuudesta ja viipymästä:
Reaktoriin johdettava vesi tulisi olla mahdollisimman kiintoainevapaata --> esim. Laukaassa kiertovesilaitoksen lietevesi ensin tiivistetään kemikaaleilla, ja syntyvä kirkas rejektivesi ohjataan kenttään --> tiivistyksen on onnistuttava hyvin.
Kosteikko (2- vaihe vedenkäsittelykentässä)
Vertikaalinen, veden kylläisyysvyöhykkeen sisältävä kosteikko. Kosteikon syvyys on 1,5 metriä, josta 70 senttiä veden kyllästämä osuus. Kasvit ja juurien mikrobisto sitovat ravinteita (typpi ja fosfori) ja orgaanista materiaalia. Talvella saattolämmitys ja olkikate päällä. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva kosteikosta, veden virtaussuunta osoitettu sinisellä nuolella:
Leikkauskuva kosteikon rakenteesta:
Ravinteiden sitoutuminen heikkoa kosteikossa, mutta orgaanisen aineksen sitoutuminen ollut hyvää (ilmentyy veden sameuden vähenemisenä):
Tuleva vesi hakekentältä on hapetonta, mutta kosteikoilla on kyky hapettaa sitä. Alkuvaiheessa suuri orgaaninen kuorma hakepediltä kulutti kuitenkin paljon happea. Järviruokojen juuristo ei ehtinyt tunkeutua tarpeeksi syvälle (kuivuus) --> asennettiin tihkukastelujärjestelmä kentän päälle, joka kierrättää samalla vettä, pohjalta päälle jonka pitäisi edesauttaa hapettumista.
Hiekkasuodatus (3-vaihe vedenkäsittelykentässä)
Horisontaalinen “maaperäsuodatus”, soveltaa tekopohjaveden muodostumista. Partikkeleiden fysikaalis-kemiallinen sitoutuminen hiekkaan, mutta myös mikrobiologista hajoamista tapahtuu. Kyseessä kylläinen vyöhyke: koko korkeus 2 metriä, josta 1,6 metriä veden kyllästämää. Ei sisällä sulfidi- eikä rapautumisalttiita mineraaleja. Bentoniittimatto estämässä veden imeytymistä maaperään.
Layout-kuva hiekkasuodatuksesta, veden virtaussuunta osoitettu sinisellä nuolella:
Leikkauskuva hiekkasuodattimen rakenteesta:
Hiekkasuodatuskentässä on hyvä fosfaatin sitoutuminen (pinnankorkeuden ja virtaaman noston jälkeen). Myös sameita ajanjaksoja, vähemmän täydellä kuormalla:
Hapettomuus voi aiheuttaa metallien liukenemista --> Alussa esiintyi enemmän, kyseessä helposti liukenevat mineraalit? Mangaani, koboltti ja arsenikki seurattavia metalliyhdisteitä.
Tarvitaanko hiekkasuodatusta?
• Sameus alenee kosteikolla
• Fosforin sitoutuminen odotettua tärkeämpää hiekkasuodatuksessa
Tuloksia koko kentän toiminnasta
Fosfaattifosfori:
• 2019: 94% poistoteho
• 2020: 85% poistoteho
• 2021: 98% poistoteho
Nitraattityppi
• 2019: 98% poistoteho
• 2020: 98% poistoteho
• 2021: 89% poistoteho
Sameus
• 2021 keskimäärin 5.8 FTU
Kokonaisfosforista ja fosfaattifosforista puolet sitoutuu jo hakekenttään. Denitrifikaatio nostaa veden alkaliniteettia – pH säädön tarve pienenee.
Lähteet ja lisää aiheesta:
Laukaan RAS vedenkäsittelykenttä_tuloksia_Petra.pdf
Vedenkäsittelykenttä_passiiviset vedenkäsittelyratkaisut_Pulkkinen_Jani.pdf