Automaattinen veden laadun seuranta taajan haja-asutuksen jätevesien kuormittamassa ojassa

Transkriptio

1 Automaattinen veden laadun seuranta taajan haja-asutuksen jätevesien kuormittamassa ojassa A. Särkelä, P. Valkama, N. Mielikäinen ja K. Lahti Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry, Ingressi Haja-asutuksen jätevesiasetuksen velvoitteet täyttäessäänkin kiinteistökohtaiset panospuhdistamot laskevat vastaanottavaan vesistöön huomattavia määriä ulosteperäisiä bakteereja ja pelkistyneitä, vesistössä runsaasti happea kuluttavia, typpiyhdisteitä. Tämän seurannan tulosten pohjalta nämä kiinteistökohtaiset puhdistetut jätevedet ovat potentiaalinen uhka vastaanottavalle vesistölle, sen kalastolle ja virkistyskäytölle. Anturimittauksilla uutta tietoa veden laadusta Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry on hyödyntänyt menestyksekkäästi tutkimuksissaan automaattisia veden laadun mittausantureita vuodesta 25 lähtien. Automaattista veden laadun seurantaa on tähän mennessä käytetty lähinnä peltoviljelyn ravinne- ja kiintoainekuormituksen selvittämiseen. Jokiympäristössä tehtyjen anturimittausten avulla on myös havaittu yllättäviä pitkien siirtolinjojen pumppaamojen jätevesien ohijuoksutuksia. Sähkönjohtavuuden nousu ja happipitoisuuden lasku ilman sameushuippua ovat osoittaneet nämä jätevesipäästöt (Valkama ym., 27). Ohijuoksutukset on todennettu samaan aikaan otettujen vesinäytteiden perusteella. Uusi asetus velvoittaa hygieenisen laadun seurantaan Uudessa voimaan astuneessa valtioneuvoston asetuksessa talousjätevesien käsittelystä viemäriverkostojen ulkopuolisilla alueilla (VN asetus 29/211) (myöhemmin haja-asutuksen jätevesiasetus) ei edelleenkään anneta erillisiä hygieniavaatimuksia. Siten jätevesijärjestelmien toimivuuteen liittyvissä tutkimuksissa ei juuri ole määritetty lähtevän puhdistetun jäteveden hygieenistä laatua. Uuden asetuksen muistiossa todetaan kuitenkin, että asetettavat päästövaatimukset edellyttävät kuitenkin sellaista jätevesijärjestelmää, että käsiteltyjen ympäristöön joutuvien jätevesien hygieeninen laatu on oleellisesti saostuskaivoissa käsiteltyjä jätevesiä parempi. Vaatimukset täyttävässä jätevesien käsittelyssä ulosteperäisten bakteerien poistuma olisi yleensä yli 95 %. Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen tekemien tutkimusten mukaan panospuhdistamoiden puhdistetut jätevedet toimiessaankin sisältävät huomattavan suuria fosfori-, ja pelkistyneiden typpiyhdisteiden -pitoisuuksia sekä E. coli -määriä (jopa 24 mpy/1 ml) (Särkelä ja Lahti, julkaisematon, Männynsalo, 27-28). Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kiinteistökohtaisten jätevesien vaikutusta taajaan asutun haja-asutusalueen läpi virtaavan ojan veden laatuun. Aineisto ja menetelmät Automaattinen veden laadun mitta-anturi (YSI 6 optisella happianturilla) sijoitettiin syyskesällä 21 kahden erillisen viikon ajaksi taajaan asutun alueen läpi virtaavaan ojaan (kuva 1). Ojan valuma-alueen (noin 22 ha) noin 6 kiinteistön jätevesijärjestelmät kartoitettiin hankkeen yhteydessä alueen talouksille lähetettyjen kyselylomakkeiden avulla. Vastausten (vastausprosentti

2 noin 5 %) perusteella ojan valuma-alueella sijaitsee ainakin 5 kiinteistökohtaista panospuhdistamoa, 3 kiinteistöä, joissa kaikki jätevedet johdetaan umpisäiliöön, 5 kiinteistöä, joissa kaikki jätevedet johdetaan saostussäiliöiden kautta maaperäkäsittelyyn sekä 15 kiinteistöä, joissa käymälävedet johdetaan umpisäiliöön ja harmaat vedet saostussäiliöiden kautta maaperäkäsittelyyn. Anturi mittasi 1 minuutin välein veden sähkönjohtavuutta, lämpötilaa, sameutta ja happipitoisuutta. Jälkimmäisen tutkimusviikon aikana anturi mittasi myös veden korkeutta erillisen paineanturin (Keller 6) avulla. Anturi asennettiin ojaan noin 3 * 3 cm betonilaattaan kiinnitettyihin kannakkeisiin siten, että mittausanturi oli noin 15 cm pohjan yläpuolella ja noin 5 cm veden pinnan alapuolella. Toisella näytteenottoviikolla oli käytössä myös automaattinen näytteenotin (ISCO), joka voitiin säätää ottamaan vesinäytteitä veden laadun eri muuttujille annettujen raja-arvojen mukaan (kuva 2). Anturimittausten ohella ojasta otettiin vesinäytteitä laboratoriossa analysoitaviksi. Kuva 1. Tutkimusalue. Kuvassa olevat numerot ilmaisevat kiinteistöjä, joista kyselytutkimuksella saatiin tietoa ko. kiinteistön jätevesijärjestelmästä. Automaattisen veden laadun mitta-anturin paikka on merkitty kuvaan tähdellä. Ojan valuma-alue on merkitty punaisella viivalla.

3 Kuva 2. Automaattinen veden laadun mitta-anturi sijoitettiin valuma-alueen alaosaan tierummun alapuolelle kaivettuun syvennykseen. Anturi oli kiinnitetty betonilaattaan kannakkeiden avulla, siten, että anturi oli noin 5 cm pinnan alapuolella. Ensimmäinen tutkimusjakso Automaattinen veden laadun mitta-anturi asennettiin tutkimusojaan Veden virtaama ojassa anturin asennuksen aikaan oli hyvin pieni (noin,1 l/s), mutta virtaama kasvoi yön sateen seurauksena 2,5 l/s. Yön sade (kuva 3) nosti veden happipitoisuuden ja laimensi sähkönjohtavuuden hyvin nopeasti (kuva 4). Viikon aikana havaittiin kuusi veden sähkönjohtavuuden selkeää huippua (kuva 4), jotka ajoittuivat pääosin yöaikaan. Sähkönjohtavuuden noustessa myös veden happipitoisuus nousi nopeasti, mutta lyhytaikaisesti. Sähkönjohtavuuden huippuja seurasi ojaveden hyvin alhainen happipitoisuus. Tutkimusviikon viisi eri sadetapahtumaa aiheuttivat puolestaan veden happipitoisuuden ja sameuden jyrkän nousun. Samalla sähkönjohtavuus laski nopeasti laimenemisen seurauksena (kuva 4).

4 Ojaveden laatumuutokset olivat hyvin nopeita ja lyhytaikaisia. Tosin ojan vesi oli kuuden tunnin ajan hapetonta. Viikon aikana ojasta otettiin neljä vesinäytettä. Molempien tutkimusviikkojen vesinäytteiden analyysitulokset on esitetty taulukossa 1. Ojan veden havaittiin olevan erittäin ravinteikasta ja sisältävän runsaasti ulosteperäisiä bakteereja. Vuorokausisadanta 12, 1, 8, mm 6, 4, 2,, Nurmijärven Röykkä Helsinki-Vantaa -lentoasema Kuva 3. Vuorokausisadannat ensimmäisen tutkimusviikon aikana Ilmatieteen laitoksen Nurmijärven Röykän ja Helsinki-Vantaa lentoaseman havaintopaikoilta. S-joht. (µs/cm), Sameus (NTU) Johtokyky Näyte Sameus Happi ti ke to pe la su ma ti Happipitoisuus (mg/l) Kuva 4. Ojan veden sähkönjohtavuus, sameus ja happipitoisuus ensimmäisen tutkimusviikon aikana. Näytteenottoajankodat on merkitty kuvaan pistein.

5 Taulukko 1. Tutkimusjaksojen vesinäytteiden analyysitulokset ja ojaveden virtaama klo 1: klo 8: klo 23: klo 1: klo 11: klo 12:1 Escherichia coli (mpn/ 1 ml) Enterokokit (pmy/ 1 ml) Ammoniumtyppi, NH4-N (µg/l) Kokonaistyppi (µg/l) Fosfaattifosfori PO4-P (µg/l) Kokonaisfosfori (µg/l) Virtaama, l/s 2,5 1,1 3,5,5,5 Toinen tutkimusjakso Anturi asennettiin uudelleen tutkimusojaan Tuolloin ojan virtaama oli hyvin pieni, vain noin,1 l/s. Jakson aikana satoi vasta lauantain 11.9 vastaisena yönä ja edelleen viikonlopun aikana ajoittain, mikä nosti veden keskimääräistä pinnankorkeutta noin,5 cm. Myös toisen tutkimusviikon aikana sähkönjohtavuudessa havaittiin kuusi huippua (kuva 5), jotka ajoittuivat pääosin iltaan tai yöhön. Samalla veden pinnankorkeus nousi äkisti ja lyhytaikaisesti noin 1 cm:n. Kaikkien sähkönjohtavuuspiikkien jälkeen seurasi aina nopea happipitoisuuden lasku (kuva 5). Torstaina 9.9. klo 11:3 automaattiseen näytteenottimeen asennettu raja-arvo ylittyi ja näytteenotin otti vesinäytteen. Klo 12:1 ojasta otettiin toinen normaali vesinäyte. Näytteiden ravinnepitoisuudet olivat erittäin korkeita ja ne sisälsivät erittäin runsaasti ulosteperäisiä bakteereja (taulukko 1). Johtokyky Näyte Sameus Happi S-joht. (µs/cm), Sameus (NTU) ma ti ke to pe la su Happipitoisuus (mg/l) Kuva 5. Ojaveden sähkönjohtavuus, sameus ja happipitoisuus toisen tutkimusviikon aikana. Näytteenottoajankodat on merkitty kuvaan pistein. Jätevesipäästöt näkyvät selkeinä sähkönjohtokyvyn huippuina. Verrattaessa ensimmäistä ja toista tutkimusviikkoa keskenään havaitaan, ettei jälkimmäisellä viikolla anturi ollut enää niin herkkä (vrt. kuvat 4 ja 5). Laboratorioanalyysit osoittivat kuitenkin, että myös toisella tutkimusviikolla sähkönjohtavuuspiikkien huipulla sähkönjohtavuus oli lähes 8 µs/cm, vaikka automaattinen veden laadun mitta-anturi ei niin suuria pitoisuuksia mitannut.

6 Toisella tutkimusviikolla ei havaittu niin alhaisia happipitoisuuksia kuin ensimmäisellä viikolla. Kyseistä mitta-anturia käytettiin tutkimusviikkojen välillä hulevesien mittaamiseen, jossa suuret virtaamat kuljettivat muassaan paljon kiviainesta. Antureiden optisten päiden havaittiin ennen toista tutkimusviikkoa osin vaurioituneen. Tämä ei kuitenkaan heikennä tulosten tulkintaa. Tulosten perusteella voidaan vetää selkeitä johtopäätöksiä tutkimusjaksojen aikaisista ojaveden laadussa tapahtuneista muutoksista ja niiden syistä. Jätevesipäästöt heikensivät ojaveden laadun Molempien tutkimusjaksojen aikana havaitut hyvin nopeat päivittäiset sähkönjohtavuuden piikit yhdessä laboratorioanalyysien tulosten kanssa ilmentävät suoraa jätevesikuormitusta ojaan. Toisella tutkimusviikolla automaattisen näytteenottimen ja langattoman hälytysjärjestelmän ansiosta osuimme näytteenotoissamme korkeimpaan kuormitushuippuun. Tuolloin veden ammoniumtyppipitoisuus oli 9,7 mg/l, kokonaistyppipitoisuus 39 mg/l, fosfaattifosforipitoisuus 3,2 mg/l ja kokonaisfosforipitoisuus 4,2 mg/l sekä E. coli -määrä 27 mpn/1 ml. E. coli bakteerien ja enterokokkien suhteen, joka oli näiden jätevesipäästöjen aikana hyvin korkea, perustella voidaan olettaa kuormituksen olleen tuoretta ihmisperäistä ulostekuormitusta. Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen meneillään olevassa kiinteistökohtaisten jätevesijärjestelmien toimivuutta seuraavassa hankkeessa panospuhdistamoilta lähtevän veden ammoniumtyppipitoisuudet ovat olleet keskimäärin 75 mg/l, kokonaistyppipitoisuudet 1 mg/l (siis 75 % pelkistyneessä muodossa), kokonaisfosforipitoisuudet 7 mg/l sekä E. coli -määrät 1 24 mpn/1 ml. Hyvässä uimavedessä E. coli -bakteereja saa olla alle 1 /1ml ja enterokokkeja alle 4/1 ml. Sateesta riippumattomat sähkönjohtavuuden hyvin nopeat piikit yhdessä virtaaman nopean nousun sekä laboratorioanalyysien tulosten kanssa osoittavat selkeästi, että ojaan tuli äkkinäisiä jätevedenpurkauksia panospuhdistamoista. Mm. veden sähkönjohtavuus nousi kahden tunnin aikana 4 µs/cm. Korkeimmillaan sähkönjohtavuus oli vajaat 9 µs/cm. Vertailun vuoksi kiinteistökohtaisen lähtevän jäteveden sähkönjohtavuus on noin 1 µs/cm. Lähimmän kiinteistökohtaisen panospuhdistamon purkupaikka sijaitsee noin 5 metriä ylävirtaan anturista. Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen toisessa, samaan aikaan toteutetussa, lähellä tutkimuskohdetta sijaitsevassa, kooltaan samansuuruisen pelto-ojan automaattiseurantapisteessä ei tämän tutkimuksen kaltaisia veden laadun muutoksia ollut lainkaan havaittavissa (sameus noin 4 FTU ja sähkönjohtavuus noin 2 µs/cm) (Valkama, julkaisematon). Tässä tutkimuksessa havaittujen sähkönjohtavuushuippujen jälkeen ojavedessä havaitut useiden tuntien mittaiset hapettomat jaksot ovat todennäköisesti seurausta pelkistyneiden typpiyhdisteiden hapenkulutuksesta. Haja-asutuksen jätevesiasetuksen velvoitteet täyttäessäänkin panospuhdistamoista purkautuu jopa 7 mg/l ammoniumtyppeä, joka aiheuttaa yli 3 mg/l hapenkulutuksen (kuva 6). Kiinteistökohtaisia pienpuhdistamoja koskevissa tutkimuksissa on havaittu, että kylmässä vedessä erityisesti typen poistoteho puhdistamoissa laskee vielä huomattavasti (TM rakennusmaailma 5E/1). Käymälä- ja pesuvesien sisältämien ammoniumtyppipitoisuuksien on havaittu aiheuttavan jopa suuremman hapenkulutuksen kuin orgaanisten aineiden aiheuttama biologinen hapenkulutus (Särkelä ja Lahti, 21), mille on annettu hajajätevesiasetuksessa puhdistusvaatimus.

7 Ammoniumtypen hapenkulutus Hapenkulutus (mg/l) y = 4,33x y = 3,7312x R 2 =,965 (n = 22) Ammoniumtyppipitoisuus (mg/l) Kuva 6. Ammoniumtypen vaikutus hapenkulutukseen. Sininen viiva kuvaa vesiensuojeluyhdistyksen tutkimusaineistoon sovitettua lineaarista regressiota. Punainen viiva kuvaa teoreettista ammoniumin hapenkulutusta. Tätä pelkistyneiden typpiyhdisteiden hapenkulutusta haja-asutuksen jätevesiasetus ei ota huomioon. Sateet samensivat ojan veden Ensimmäisellä tutkimusviikolla havaittiin viisi hyvin selkeää sateiden aiheuttamaa veden laadun äkillistä muutosta. Sateiden jälkeen veden sameus ja happipitoisuus nousivat hyvin nopeasti. Sen sijaan sähkönjohtavuus laski nopeasti laimenemisen seurauksena. Ensimmäisellä tutkimusjaksolla erityisesti sameus oli sateiden jälkeen hyvin korkea, suurimmillaan jopa 1 2 NTU:ta. Toisen tutkimusviikon aikana ei juuri satanut ja siten ojaveden sameudet olivat korkeimmillaankin (noin 25 NTU) huomattavasti alhaisempia. Sateiden aikaan otetuissa vesinäytteissä havaittiin erittäin korkeita ravinnepitoisuuksia ja ulosteperäisten bakteerien pitoisuuksia. E. coli -bakteerien ja enterokokkien suhteen, joka oli sateiden aikana alhainen, perusteella voidaan kuormituksen olettaa tulleen osin ojan pohjalle sedimentoituneesta, veden liikkeelle saamasta vanhasta ulostekuormituksesta ja osin eläinten aiheuttamasta kuormituksesta. Johtopäätökset Automaattisella veden laadun mitta-antureilla voidaan havaita hyvin nopeita veden laadun muutoksia haja-asutuksen jätevesien kuormittamassa ojavedessä. Haja-asutuksen jätevesiasetuksen velvoitteet täyttävästä jätevesijärjestelmästä huolimatta, luontoon johdettavat puhdistetut jätevedet saattavat sisältää suuria määriä ulosteperäisiä bakteereja ja happea kuluttavia pelkistyneitä typpiyhdisteitä. Tutkimuksen kohteena ollut oja on käytännössä ekologisesti lähes kuollut ja muodostaa siten potentiaalisen terveysriskin alueen asukkaille ja kotieläimille. Ammoniumin hapettumisesta aiheutuva veden hapettomuus aiheuttaa myös sekundääristä rehevöitymistä sedimenttiin sitoutuneen fosforin vapautuessa. Tutkimusalue liitetään onneksi lähivuosina kunnalliseen viemäriverkostoon.

8 Lähteet: Männynsalo, J, Pienpuhdistamoiden valvontatarkkailut Mäntsälässä, Vantaalla ja Nurmijärvellä Särkelä, A. ja Lahti, K., 21. TM rakennusmaailma 6/1. Erilliskäsittely olisi paras vaihtoehto, s TM rakennusmaailma 5E/1. Tavoitteena puhtaammat vedet, s Valkama, P., Lahti, K. & Särkelä, A. 27. Automaattinen veden laadun seuranta Lepsämänjoella. Terra 119: 3 4, VN asetus 29/211. Valtioneuvoston asetus talousjätevesien käsittelystä vesihuoltolaitosten viemäriverkostojen ulkopuolisilla alueilla ja asetuksen muistio