Kenttäkokeiden puhdistustehon ja kustannusten arviointia

Transkriptio

1 Kenttäkokeiden puhdistustehon ja kustannusten arviointia Humusvesi -loppuseminaari Veli Seppänen, Pentti Pirkonen, Juha Heikkinen VTT Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus NRM Natural Resource Management

2 Nykyiset turvetuotannon vesiensuojelurakenteet Sarkaojat, joiden alapäässä lietesyvennys, päisteputket Kokoomaojissa virtaamansäätöpadot Laskeutusaltaissa kiintoaineen laskeutus Pumppausaltaassa kiintoaineen laskeutus Lietteet haihdutusaltaisiin Laskeutusaltaassa laskeutus Pumppauksessa saostuskemikaalien lisäys (ja ph säätö) Pumppaus (altaassa verkkokori) Eristysojilla estetään ulkoapäin veden virtaus tuotantoalueelle Haihdutuskentälle sumutus kiintoaineen ja ravinteiden pidätys Pintavalutuskentällä kiintoaineen ja ravinteiden pidätys Kosteikolla kiintoaineen ja ravinteiden pidätys Luonnonvesiin Laskuojassa virtaamansäätöpatoja

3 Miksi pintavalutuskentälle vaihtoehto? Uusien pintavalutuskenttien rakentaminen ei ole enää mahdollista luonnontilaisille soille. Se vaikeuttaa hyvin toimivien pintavalutuskenttien perustamista. Fosforia liukenee pintavalutuskentältä, jos se on rakennettu ojitetulle, lannoitetulle turvemaalle Orgaanista hiiltä liukenee pintavalutuskentältä Keväällä jäätyneestä pintavalutuskentästä lähtee liikkeelle kiintoainetta suuren virtaaman aikana Pintavalutuskenttä jäätyy ja sulaa hitaasti ilmojen lämmettyä vaikka lumi sulaa Suuret ja pitkäkestoiset sateet ylikuormittavat pintavalutuskenttää Puhdistusmenetelmän pitää olla käytössä jo suon valmisteluvaiheessa täydellä tehollaan, koska silloin kiintoainepäästöt ovat suurimmillaan

4 Vesienkäsittelymenetelmien laatu 1. Pintavalutuskentät a. Pidättää kiintoainetta, kun maa ei jäässä, virtaama kohtuullinen ja kentällä ei ole oikovirtausta b. Lisää liuennutta orgaanista ainesta c. Lisää fosforia, jos pintavalutuskenttä on perustettu aikoinaan lannoitetulle alueelle d. Happamoittaa yleensä vettä 2. Kemikalointi a. Poistaa liuennutta orgaanista ainetta ja fosforia b. Voi lisätä kiintoainetta, jos laskeutus (selkeytys) ei ole riittävä ylivirtaamatilanteessa c. Lisää puhdistetun veden rauta- tai alumiinipitoisuutta riippuen saostuskemikaalista d. Happamoittaa vettä, jos ei käytetä ph säätöä e. Pienkemikaloinnissa tulee helposti kemikaalin yli- tai aliannostelua f. Talviaikainen toiminta???

5 Vesienkäsittelymenetelmien laatu (jatkuu) 3. Konttisuodatus kalkkikivihiekan ja kvartsihiekan seoksella (tai serpentiniittihiekka) a. Konttisuodatin on demonstraatiovaiheessa ja vaatii tuotekehitystä ennen kaupallistamista b. Pidättää kiintoainetta (reduktio 40 %, tuhkapitoisuudella korjattu reduktio 60 %) c. Nostaa veden ph:n tasolle 7-8 d. Poistaa liuennutta orgaanista ainesta hieman (reduktio 5 %) e. Poistaa hieman fosforia (reduktio 20 %) f. Puhdistettuun veteen ei lisätä haitallisia aineita (kalsium eduksi) g. Käsittelykapasiteettia voidaan säätää, mutta vaatii tasausaltaan h. Pesuvesi voi olla hyvää metsälannoitetta myös kivennäismaalle i. Voidaan ottaa käyttöön heti uuden tuotantoalueen valmisteluvaiheessa j. Perustaminen ei vaadi tietynlaista maa-aluetta, kuten pintavalutuskenttä k. Talviaikainen toimivuus voidaan varmistaa lämmitettävällä suojarakennuksella ja putket maan alle l. Kontit voidaan siirtää toiselle alueelle tarpeen vähentyessä tai loppuessa m. Kiinteä sähkölinja on lähes välttämätön kustannussyistä 4. Teollinen hiekkasuodatus kalkkikivihiekan ja kvartsihiekan seoksella a. Jäteveden, juomaveden ja teollisuuden veden käsittelyssä laajasti käytetty tekniikka b. Voidaan käyttää pelkästään hiekkasuodattimena tai kemikaloinnin kanssa, jolloin humusta ja ravinteita saostetaan c. Puhdistusteho: kiintoainereduktio 80 %/ 70 %, DOC-reduktio 0/30-65 % d. Rautasulfaatti saostuskemikaalina lisää hieman suodatetun veden rautapitoisuutta e. Kalkkikivihiekka nostaa ph:n esimerkiksi 3,5:stä 6,3:een f. Talviaikainen toimivuus voidaan varmistaa lämmitettävällä suojarakennuksella ja putket maan alle

6 Teollisen hiekkasuodattimen periaate ja sovellusesimerkki

7 Vaihtoehtoja nykyiselle pintavalutuskentälle 1. Pintavalutuskentän tehostamisehdotuksia a. Syötön tasaus virtaaman tasausaltaalla b. Syötön tasaus taajuusmuuttajakäyttöisillä pumpuilla c. Veden jakaminen sarkojen keskelle d. Kalkin syöttö veden mukana panoksittain e. Hallittu ohijuoksutus jatkuvatoimisen mittauksen perusteella vain tarvittaessa 2. Hiekkasuodatuskontti a. Suodatinhiekkana pohjalla karkea ja suodatinkerros 0,7-1,2 mm b. Syötön tasaus virtaaman tasausaltaalla c. Taajuusmuuttajakäyttöiset syöttöpumput d. Jatkuvatoimiset mittaukset lähtevälle vedelle: kiintoaine, DOC, ph, vastapaine, vesimäärä e. Vastapesu pumpulla jatkuvatoimisten mittausten ohjaamana f. Pesuvesi (0,5-1% käsitellystä vedestä) syötetään reikäputkilla metsäalueelle kesäaikaan ja talvella palautetaan tasausaltaaseen g. Suodosveden palautus pesun jälkeen lyhyen aikaa h. Hallittu hiekkasuodattimen ohipumppaus jatkuvatoimisen mittauksen perusteella vain tarvittaessa 3. Teollinen hiekkasuodatus ja kemikalointi a. Vaativiin kohteisiin, joissa korkea puhdistusvaatimus kiintoaineelle, DOC:lle ja ravinteille b. Esimerkiksi teollinen DynaSand-suodatin kalkkikivihiekalla ja ferrisulfaattisaostuksella c. Pesuveden (5% käsitellystä vedestä) imeytys metsäalueelle kesäaikaan ja talvella palautetaan tasausaltaaseen

8 Suodatettu vesistöön Pumppuallas M2 M1 Hiekkasuodatin Virtaaman tasausallas Pesuvesi Metsä Vanhoja metsäojia 8

9 suodatin Pumppuallas M1 M2 Pesuvesi metsän kasteluvedeksi Vesistöön

10 10

11 PVK2 pintavalutuskentän yläpuolinen mittakaivo Voitaisiin pumpata ohi

12 Humusvesien puhdistuskustannusarvio 100 ha, 20 vuodelle DS-Agr-PIX105- Kalkkikivi DS-Verkko- PIX105- Kalkkikivi DS-Verkko- PIX105-0 Pintavalutuskenttä Pintavalutus- Mahtikalkki Kontti kalkkikivi Kemikalointi Investoinnit: Perusrakenteet Virtaaman säätö (max 20000m 3 ) Virtaaman tasausallas, m Laskeutusallas Pintavalutuskenttä: ojitettu, pumppaus Puhdistinreaktori Vesiputkistojen rakentaminen Veden syöttöpumput Kemikaliointi ympärivuotinen Kemikaalien säiliö ja syöttö Paineilmapumppu Hiekkapanos Perustus+kevythalli Selkeytysallas 0 Lieteallas/johtaminen metsäalueelle Sähkölinja Sähköliittymä Sähköistys agregaatilla Automaatio Kalkinlevitystie Kalkkikivipatja Investoinnit yhteensä Korkotekijä, q 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 Takaisinmaksuaika (kerran vuodessa) 20 a 20 a 20 a 20 a 20 a 20 a 20 a Pääomakustannus/a Käyttökustannukset/a Käsiteltävä vesimäärä m3/a m3/a m3/a m3/a m3/a m3/a m3/a Pumppausaika h/a h/a h/a h/a h/a h/a h/a Sähköteho pumppausaikana 5 kw 5 kw 5 kw 4 kw 10 kw 5 kw 10 kw Moottoripolttoöljyn hinta, alv 0% 1,61 /l 1,61 /l 1,61 /l Polttoainekulutus aggregaatilla 0,28 l/kw 0,28 l/kw 0,28 l/kw Aggregaatin mitoituskerroin 4,00 4,00 4,00 Polttoainekulutus aggregaatin käydessä 1,8 l/h 3,5 l/h 3,5 l/h Aggregaatin huolto x tunnin välein h h h Aggregaatin huoltohinta kerralta Sähkön hinta, alv 0% 0,15 /kwh 0,15 /kwh 0,15 /kwh 0,15 /kwh Sähkö verkosta /a /a /a /a Sähkö aggregaatilla /a /a /a Kemikaalin kulutus 20 t/a 20 t/a 25 t/a 0 t/a 40 t/a 200 t/a Kemikaaliannostus 49 g/m3 49 g/m3 63 g/m3 0 g/m3 100 g/m3 500 g/m3 Kemikaalikustannus käyttöpaikalla 450 /t 450 /t 450 /t /t /t Kemikaalikustannus /a /a /a 0 /a /a Neutralointiiin kalkkikiveä 4 t/a 4 t/a 0 t/a 4 t/a 4 t/a Kalkkikiven hinta 100 /t 100 /t 100 /t 100 /t 40 /t Kalkkikivikustannus 400 /a 400 /a 0 /a 400 /a 160 /a Pintavalutuskentän vuokra 500 /a 500 /a Letteenpoistoruoppaukset /a /a /a /a 500 /a /a 500 /a Henkilökustannukset /a /a /a /a /a /a /a Valvontamittauskustannukset /a /a /a /a /a /a /a Vuotuiset kokonaiskustannukset /a /a /a /a /a /a /a 12

13 Puhdistusmenetelmien arvioidut vuosikustannukset 100 ha

14 Kustannuseroja pintavalutukseen nähden 1. Pintavalutuskentän tehostamisehdotuksia a. Syötön tasaus tasausaltaalla ( investointi / m 3 vesitilavuutta) b. Syötön tasaus taajuusmuuttajakäyttöisillä pumpuilla ( investointi 2000 /pumppu) c. Veden jakaminen sarkojen keskelle (+/- ) d. Kalkin syöttö veden mukana panoksittain (40 t/100 ha/a, 50 /t) 2. Hiekkasuodatuskontti ( /100 ha/a) a. Suodatinhiekkana pohjalla karkea ja suodatinkerros 0,7-1,2 mm b. Syötön tasaus tasausaltaalla c. Taajuusmuuttajakäyttöiset syöttöpumput d. Jatkuvatoimiset lähtevän veden mittaukset: kiintoaine, DOC, ph, vastapaine, vesimäärä e. Vastapesu pumpulla jatkuvatoimisten mittausten ohjaamana f. Pesuvesi (0,5-1% käsitellystä vedestä) syötetään reikäputkilla metsäalueelle/pakkasella palautus 3. Teollinen hiekkasuodatus ja kemikalointi ( /100 ha/a) a. Vaativiin kohteisiin, jossa korkea puhdistusvaatimus kiintoaineelle, ravinteille ja DOC b. Syötön tasaus tasausaltaalla c. Taajuusmuuttajakäyttöiset syöttöpumput d. Esimerkiksi teollinen DynaSand-suodatin ja ferrisulfaattisaostus e. Pesuveden (5% käsitellystä vedestä) imeytys metsäalueelle kesällä ja palautus altaaseen pakkasella

15 Arvio lisäkustannuksista perusrakenteiden jälkeen ja puhdistuskyvyn arvio Perusrakenteiden jälkeen veden pitoisuudet Perusrakenteet Pintavalutuskenttä luonnonsuolla Pintavalutuskenttä ojitetulle suolle Pintavalutuskenttä ojitetulle ja lannoitetulla suolle Kalkkikivihiekka suodatinkontti Kemikalointi Teollinen kalkkikivihiekkasuodatin, jossa on kemikalointi 6 /a /a /a /a /a /a /a Kiintoaine mg/l TOC mg/l Kokonaisfosfori µg/l Kokonaistyppi µg/l ph 7 3 Puhdistusmenetelmän valinnassa tulisi ottaa huomioon Alapuolisen vesistön pitoisuudet Ennuste tuotantoalueen veden pitoisuuksista Käytettävissä olevien maa-alueiden laatu puhdistusmenetelmää varten