1

Transkriptio

1 POHJAVESIKAIVOJEN TEHOKAS KÄYTTÖ JA KUNNOSSAPITO Vesihuoltopäivät 2019, Jyväskylä Timo Friman, Projektipäällikkö, Pöyry Finland Oy SISÄLTÖ Kaivon antoisuus Kaivojen tukkeutuminen Kaivojen tukkeutumisen syyt Mitä tehdä, kun epäillään kaivon olevan tukossa Kaivojen kuntotutkimukset Kaivojen puhdistusmenetelmät Mitä puhdistuksen jälkeen VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

2 KAIVON ANTOISUUTEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT Vedenottokaivon antoisuus riippuu monesta seikasta Maaperän vedenjohtavuus Kaivon halkaisija Siiviläosan sijoitus Siivilän oikea rakoleveys Suodatinmateriaalin oikea valinta suhteessa perusmaahan Kaivon antoisuus voi olla suurempi kuin itse pohjavesimuodostuman antoisuus Kaivoa rakennettaessa on oleellista, että kaivon mitoitus on oikea Kaivon antoisuus voi heiketä Antoisuuden heikkeneminen johtuu pääsääntöisesti siiviläosan tukkeutumisesta Tällöin pumppauksen hyötysuhde heikkenee, energian kulutus kasvaa ja samalla raakaveden käsittelykustannukset lisääntyvät VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN KAIVOJEN TUKKEUTUMINEN Kaivojen tukkeutuminen huomataan yleensä pumppauskapasiteetin laskusta Pumppauksen energiankulutus kasvaa virtausvastuksen myötä Veden laatu voi heikentyä: Sameus (voi vaikuttaa desinfioinnin onnistumiseen) Värjäytymät (ilmenee kuluttajilla) Haju ja makuongelmat (ilmenee kuluttajilla) Saostumat Kemialliset saostumat saattavat aiheuttaa korroosiota tai mekaanisia vaurioita kaivorakenteisiin ja laitteisiin Veden mukana voi tulla hiekkaa VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

3 KAIVOJEN TUKKEUTUMISEN SYYT Fysikaaliset syyt Rakenteelliset ongelmat Maaperän lajittuminen veden virratessa vain yhteen suuntaan kaivoa kohti Kaivoa ympäröivään maaperään syntyy ns. hiekkasiltoja Hiekkasillat estävät veden virtausta Kaivon siiviläraot voivat myös tukkeutua hiekasta VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN KAIVOJEN TUKKEUTUMISEN SYYT Kemialliset ja biologiset syyt Kemialliset saostumat, jolloin kaivojen kapasiteetti laskee hitaasti pitkän ajan kuluessa Rautasaostumat, väriltään ruskeita, ovat yleisin syy kaivojen tukkeutumiseen Mangaanisaostumat, väriltään mustia, esiintyy yleensä yhdessä rautasaostumien kanssa Kalsium- ja magnesiumsaostumat Biologisten saostumien muodostuessa kaivojen kapasiteetti laskee yllättäen Rautabakteerikasvusto, muodostaa ruskeaa biofilmiä, vedessä esiintyy ruostetta, sameus, haju ja vedenlaatuongelmia Mangaanibakteerit, muodostavat mustaa biofilmiä, vedessä esiintyy sameutta, sekä haju ja vedenlaatuongelmia Käytännössä kemiallisten ja biologisten syiden erottaminen on vaikeaa ja usein ne esiintyvät samanaikaisesti ja aiheuttavat samanlaisia vedenlaatuongelmia Tukkeutumisen syyt ja esim. bakteerikasvustojen saostuminen kaivoon voivat vaihdella jopa saman kaivokentän alueella Erot tukkeutumien ja bakteerikasvustojen määrän suhteen voivat olla samassakin kaivossa hyvin suuret VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

4 MITÄ TEHDÄ, KUN EPÄILLÄÄN KAIVON OLEVAN TUKOSSA Eräänlaisena nyrkkisääntönä voidaan pitää, että jos kaivon antoisuus laskee 25 % on hyvä ryhtyä kunnostustoimenpiteisiin Kun tiedetään tai epäillään kaivon olevan tukkeutunut on oleellista päästä näkemään kaivon sisälle Videokuvaamalla kaivosta nähdään Kaivon rakenteet Siiviläosan raot Mahdolliset saostumat ja rihmastot Kaivoon päässeet roskat yms. Lisäksi tutkitaan kaivon ominaisantoisuus, toteuttamalla pumppauskoe voidaan määritellä kaivon tuotantokapasiteetinlasku Tutkitaan vedenlaatu; rauta ja mangaani (liuennut ja kokonaisrauta ja mangaani), kovuustekijät, puskurikapasiteetti (ph, alkaliniteetti, hiilidioksidi), happipitoisuus ja tarvittaessa rauta- ja mangaanibakteerien määritykset Tuloksien perusteella voidaan päätellä kaivon tukkeutumisaste ja todennäköisin syy VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN ESIMERKKIKUVIA SIIVILÄPUTKIKAIVOISTA VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

5 ESIMERKKIKUVIA SIIVILÄPUTKIKAIVOISTA VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN KUNTOTUTKIMUKSIEN JÄLKEEN Kuntotutkimuksien jälkeen suositellaan usein kaivon puhdistusta Kaivon puhdistusmenetelmät Mekaaniset; harjaus, painesuihkut, paineilma ja ultraääni Kemialliset; erilaiset hapot Käytännössä kaivo kannattaa puhdistaa ensin mekaanisesti, jolloin kemiallisen käsittelyn vaikutus tehostuu Puhdistuksessa siivilän pinnalla ja raoissa olevat bakteerikasvustot sekä saostumat saadaan pääosin poistettua kaivosta VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

6 MEKAANISET MENETELMÄT Sonar-Jet Harmonisella taajuudella aiheutetaan paineaaltoja maaperässä, jolloin saostumat saadaan hajotettua. Pulssimainen horisontaalisesti suunnattu kaasusuihku saa pohjaveden liikkeelle, jolloin vaikutus saadaan leviämään kaivon ympärille maaperään. Suihkuhuuhtelu Upotetaan kaivoon pyörivä suihkusuutin Vettä ruiskutetaan noin m/s (4 suutinta) ja laitetta lasketaan pyörittäen noin 3 min/m vauhdilla. Samanaikaisesti esim. mammuttipumpulla nostetaan hienoainesta pois kaivosta Tehoaa parhaiten vaakasiivilään VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN MEKAANISET MENETELMÄT Takaisinvirtauspumppaus Takaisinvirtauspumppauksella saadaan rikottua muodostuneita siltoja. Se saadaan aikaiseksi: Nostamalla esim. sylinterillä vesipatsasta ylös ja antamalla sen lysähtää takaisin (rawhiding) Antamalla pumpun nostama vesipatsas lysähtää kaivoon (pumpun takaiskuventtiili poistettu), ei kuitenkaan kovin hienoainespitoista vettä Muita huuhtelumenetelmiä Huuhtelupumppaus suljetulla välillä: laipat mahdollistavat tehokkaamman huuhtelun tietylle siivilän osalle ja poistamalla takaiskuventtiili on mahdollista suorittaa myös vastavirtahuuhtelu. Mäntähuuhtelu: mäntää liikutellaan, jolloin saadaan suurehko vesimäärä pienessä ajassa painumaan ja syrjäytymään. Menetelmä on suhteellisen tehokas. VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

7 KEMIALLISET MENETELMÄT Käytettävät kemikaalit Saostumien poistoon käytetään tavallisimmin happoja Hapot laskevat veden ph-arvoa paikallisesti, mikä saa muodostuneet saostumat liukenemaan Yleisimmin käytettyjä happoja: Orgaaniset hapot (muurahaishappo, etikkahappo, oksaalihappo) Rikkihappo Suolahappo Sulfamiinihappo Fosforihappo Happojen avulla voidaan myös vaikuttaa biologiseen tukkeutumiseen, mutta kaivo voidaan myös desinfioida biologisen toiminnan vähentämiseksi Desinfioivina kemikaaleina käytetään: Natriumhypokloriitti Vetyperoksidi Kemiallisia puhdistusmenetelmiä voidaan tehostaa lämmöllä ja paineella VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN KEMIALLISET MENETELMÄT Puhdistuksen toteuttaminen Jotta hapon virtaus maaperässä kaivon lähialueelta jäisi mahdollisimman pieneksi tulee kaikki alueen pumput pysäyttää pesun ajaksi Mekaanisen puhdistuksen jälkeen kaivoon lisätään muurahaishappoa siten, että happo laimenee siiviläputkessa olevaan veteen likimäärin suhteessa 1:10. Jos kaivon halkaisija on 400 mm, niin kaivossa siivilän sisäpuolella on vettä noin 125 l jokaisella metrillä. Kaupallista n. 80 %:sta muurahaishappoa lisätään kaivoon litraa jokaista metriä kohti vesipinnasta alaspäin Hapon lisäyksen jälkeen se pyritään sekoittamaan mahdollisimman hyvin siivilän sisäpuoliseen tilaan. Happo pyritään jakamaan jo syöttövaiheessa mahdollisimman tasaisesti koko siivilän alueella esim. syöttöletkun päätä siirtämällä syötön aikana. Varsinainen sekoittaminen voidaan tehdä paineilmalla tms. menetelmällä VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

8 KEMIALLISET MENETELMÄT Puhdistuksen toteuttaminen Jos käytetään oksaalihappoa tai sitruunahappoa niiden määrä tulee olla noin % muurahaishapon määrästä. Ne lisätään vastaavalla tavalla Lyhyen vaikutusajan (1-2 tuntia) jälkeen kaivoon johdetaan vettä siiviläputken sisäpuolella olevan veden tilavuus kaksinkertaisena. Näin happo saadaan siirtymään myös maaperään siivilän välittömään läheisyyteen. Tälle alueelle ei normaaleilla mekaanisilla menetelmillä yleensä päästä Hapon annetaan vaikuttaa maaperässä vähintään 12 tuntia. Tänä aikana lähialueen kaivoja ei saa käyttää Riittävän vaikutusajan jälkeen kaivoa pumpataan kunnes veden ph-arvo on noussut luonnolliselle tasolle eikä vesi ole enää liuenneen raudan ruskeaksi värjäämää. Poistovesi tulee neutraloida ennen maastoon johtamista. Se voisi tapahtua esim. johtamalla se lietealtaaseen, jonne johdetaan samanaikaisesti myös kalkkivettä VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN KEMIALLISET MENETELMÄT Aqua Freed Kaivoon injektoidaan ensin hiilidioksidikaasua, joka liukenee pohjaveteen ja laskee ph:ta tasaisesti. Seuraavassa vaiheessa kaivoon injektoidaan nestemäistä hiilidioksidia eri lämpötiloissa ja paineissa. Nestemäinen hiilidioksidi laajenee nopeasti, jolloin kaivossa ja maaperässä saadaan aikaan saostumien hajoaminen. Vaihe 1: hiilidioksidikaasun injektointi Vaihe 2: Nestemäisen hiilidioksidin injektointi Puhdistettu kaivo VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

9 PUHDISTUKSEN TOTEUTUS Esiselvitysten jälkeen ja kaivon tukkeutumissyyn selvittyä valitaan sopiva puhdistusmenetelmä tai menetelmien yhdistelmä Suositeltavaa on puhdistaa kaivo aina mekaanisesti ennen kemiallista käsittelyä, jolloin kemikaalien kulutusta saadaan vähennettyä ja puhdistustulos paranee Suunnittelija -kaivon kuvaus - pumppauskoe - esiselvityksen kokoaminen - rehabilitaatiosuunnitelma Tilaaja Laboratorio - vesianalyysit Urakoitsija - kaivon puhdistus VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN PUHDISTUKSEN JÄLKEEN Määritetään puhdistuksen onnistuminen, suoritetaan uudelleen videokuvaus ja ominaisantoisuuspumppaus sekä tutkitaan vedenlaatutekijät Puhdistuksen jälkeen uusiutuviin ongelmiin voidaan varautua tarkkailemalla kaivon toimintaa säännöllisesti Kaivon puhdistustarvetta on hyvä ennakoida, jolloin vältytään tuotantokapasiteetin laskulta Suositeltavaa olisi suorittaa kaivokuvaus ja ominaisantoisuuspumppaus säännöllisesti, esim. viiden vuoden välein Lisäksi kaivon vedenlaatua kuten rauta- ja mangaanipitoisuuksia on syytä seurata säännöllisesti VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN

10 KIITOS! Yhteystiedot: Timo Friman Projektipäällikkö Jaakonkatu Vantaa Pöyry Finland Oy VESIHUOLTO 2019, TIMO FRIMAN Consulting. Engineering. Projects. Operations