Luikonlahden Suursuon ja suljetun kaivos-alueen kosteikkopuhdistamojen veden laatu ja toimivuus Marja Liisa Räisänen

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 Itä-Suomen yksikkö Kuopio Luikonlahden Suursuon ja suljetun kaivos-alueen kosteikkopuhdistamojen veden laatu ja toimivuus Marja Liisa Räisänen

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 KUV AILULEHTI /Dmo K464/42/28 Tekijät Marja Liisa Räisänen Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi Luikonlahden Suursuon ja suljetun kaivosalueen kosteikkopuhdistamojen veden laatuja toimivuus Tiivistelma Tutkimuksessa selvitettiin Luikonlahden rakennettujen kosteikkopuhdistamojen veden laatua ja toimivuutta alkuvaiheesta, vuoden 27 keväästä vuoden 28 syksyyn vanhalla kaivosalueella ja vuoden 27 elokuusta vuoden 28 syksyyn Suursuolla. Tutkimuksen aineistona olivat vesinäytteet puhdistamon eri allasosista ja altaalta poistuvista vesiuomista. Vesistä mitattiin fysikaalisten parametrien (ph, redox, SKJ, happi) lisäksi 3 alkuaineen pitoisuudet ICP-AES- ja MS-ICPmenetelmillä. Rikastushiekan läjitysalueen sulkemisvaiheen jälkeen suotavesien puhdistumiseen vaikutti eniten magnesiittihiekkapeiton paksuntaminen. Emäksinen peittorakenne nosti suotovesien ph:n happamesta (<3) lievästi happameen (~6), minkä seurauksena suotavesien metallipitoisuudet laskivat 7-99% läjitysalueen sulkemisenjälkeisenä vuonna 27. Suursuon kosteikkopuhdistamolla puhdistuminen jatkui ja oli tehokkainta raudan osalta. Suotavesien raudasta pidättyi puhdistamolla hieman yli 8%, sinkistäja kuparista noin 6%, mutta nikkelistä vain noin 3 %. Heikointa pidättyminen oli rikilläja mangaanilla, noin 2 %. Suotavesien ja puhdistamolta ulosvirtaavan veden arseenin pitoisuudet olivat pieniä, < 1 Jlg/1. Vanhan kaivosalueen rakennetun kosteikkopuhdistamon tulokset eivät osoittaneet metallien ja kiintoaineksen pidättymisen tehostumista vajaan kahden vuoden toiminta-aikana. Useimpien metallien pitoisuudet olivat keskimäärin lähes samalla tasolla kuin ennen jälkihoitoa (25). Nikkelipitoisuus oli itse rakennetulla kosteikkoalueella <, 15 mg/1, mutta se kohosi kalliosolassa kulkevassa purouomassa kontaminoituneiden kalliovesien vaikutuksesta puolitoistakertaisesti. Kasvillisuuden heikko leviäminen on todennäköinen syy kiintoaineksen karkaamiseen rakennetulta alueelta. Suursuon ja vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamoilta ulosvirtaavan veden rauta-, nikkeli- ja kiintoainespitoisuudet ylittivät vuoden 26 lupapäätöksen mukaiset tavoitearvot Ainoastaan arseenin pitoisuudet alittivat tavoitearvon. Asiasanat (kohde, menetelmatjne.) Luikonlahti, kosteikkopuhdistamo, vesien geokemia, ph, redox, rauta, rikki, nikkeli, arseeni Maantieteellinen alue (maa, laani, kunta, kyl ä, esiintyma) Suomi, Pohjois-Savo, Kaavi, Luikonlahti Karttalehdet Muut tiedot Liitteitä 5 Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 49/215 Kokonaissivumäärä 1 Kieli. Hinta 1 Julkisuus 38 SUOIDI Julkinen arkistoraportti Yksikkö j a vastuualue Hanketunnus Maankäyttö ja ympäristö Alll l tus!nimen clvennys - tj~ Raimo ~a lain e n, tountalapäällikkö if A 'Z 2>- ";e~ 4 {:.,._- ;;1 ~ Liisa Räisänen, erikoistutkija, FT GTK GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGISKA FORSKNINGSCENTRALEN GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 1 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO 2 2 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT 4 3 TULOKSET Rikastushiekan läjitysalueen suotoveden laatu sulkemisen jälkeen Suursuon kosteikkopuhdistamon veden fysikaalinen laatu Suursuon kosteikkopuhdistamon allasvesien orgaanisen aineksen ja kiintoaineksen määrä Suursuon kosteikkopuhdistamon veden kemiallinen laatu ja nikkelin sekä arseenin pidättyminen Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon ja Myllypuron veden fysikaalinen laatu Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon ja Myllypuron veden kemiallinen laatu 18 4 JOHTOPÄÄTÖKSET Suursuon kosteikkopuhdistamon toimivuus ja metallien pidättyminen Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon toimivuus ja metallien pidättyminen Kosteikkopuhdistamojen toimivuuden parantamissuositukset 22 5 KIRJALLISUUSLUETTELO 23 LIITTEET Liite 1. Suotovesien koostumus ennen rikastushiekka-altaan jälkihoitoa 23, 24, 25 ja 26 sekä läjitysalueen peiton jälkeen 27 ja 28 Liite 2. Suursuon kosteikkopuhdistamon allasvesien ja altaiden pohjarakenteiden huokosvesien ph, hapetuspelkistyspotentiaali (Redox), sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysaste vuonna 27 ja 28 Liite 3. Suursuon kosteikkopuhdistamon vesien kemiallinen koostumus vuonna 27 ja 28 Liite 4. Suursuon kosteikkoaltaiden pohjakerrosten huokosvesien alkuaineiden liukoiset pitoisuudet vuonna 27 ja 28 Liite 5. Vanhan kaivosalueen Asuntotalolouhoksen ja kosteikkopuhdistamon sekä alapuolisen Myllypuron vesien kemiallinen koostumus vuonna 27 ja 28

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ JOHDANTO Mondo Minerals Oy:n Kaavin tehtaan sulkemisen jälkihoitotöihin liittyi kosteikkopuhdistamojen rakentaminen suoto- ja valumavesien käsittelylle. Rikastushiekka-altaan suotovesien ja ympäristön valumavesien puhdistamiseen tarkoitettu Suursuon kosteikkopuhdistamo valmistui heinäkuussa 27 (kansikuva). Vanhan kaivosalueen sivukivikasojen peitto- ja maisemointityöt, Palopuron ja sen alapuolisen Myllypuron uomiin rakennettu kosteikkopuhdistamo valmistuivat huhtikuussa 27. Rikastushiekan läjitysalueelta maan pintaan purkautuvat suotovedet on ohjattu Suursuolle rakennetulle kosteikkopuhdistamolle kalkkikivilouheella täytettyjä ojia pitkin (kuva 1). Yläpadolta suotovedet kulkeutuvat altaaseen 1a ja sieltä tierummun alitse allasosaa 1b (eteläinen osa). Alapadon suotovedet kulkeutuvat allasosaan 1c (pohjoinen osa). Pintaan purkautuvien suotovesien lisäksi kosteikkopuhdistamolle tulee läjitysaluetta reunustavien moreenimaiden ja suon turvekerrosten kontaminoituneita pohjavesiä sekä suon eteläpuoleisen pienvaluma-alueen pintavesiä, joihin sekoittuu selkeytysaltaan länsipuolen padosta purkautuvia suotovesiä. Kosteikkopuhdistamo koostuu kahdesta allasosasta. Allasosat on erotettu toisistaan moreenipadoilla, joihin on tehty kalkkikivilouheen peittämä aukko ylivuotoa varten. Suursuon puhdistamon allas 1 on suoto- ja valumavesiä kokoava allas ja se jakaantuu kolmeen osaan (1b, 1c, 1d). Allasosa 1a on kaivosalueelle tulevan tien eteläpuolella. Altaan 1b, 1c ja 1d pohjan rakenteena on turve-kalkkikivisepeli-turvekerros, missä sepelikerros toimii vettä johtavana, suotovesiä pelkistävänä ja neutraloivana kerroksena. Turvekerrokset toimivat metalleja pidättävinä kerroksina ja pelkistäjäbakteerien kasvualustana. Allas 1a on alkuperäisessä muodossa, turvepohjainen vetinen piensuo. Allas 2 on altaan 1 länsipuolella ja toimii jälkiselkeytysaltaana. Altaan alkuosa, mihin vedet virtaavat patoaukosta, on matalavetinen, kalkkikivilouheella peitetty turvesuo. Loppuosa altaasta on luonnon suomaata muodostaen tulvaniityn. Altaalta 2 vedet purkautuvat kalkkikivilouhepadon läpi entisen radan alitse rumpuun ja ojaa pitkin vesien keräysaltaalle, mistä ne pumpataan takaisin rikastushiekka-altaalle. Vanhalla kaivosalueella kosteikkopuhdistamo on rakennettu Palopuroon jälkihoidetun sivukivikasan pohjois- ja lounaispuolelle (kuva 2). Sivukivikasan suotovesien lisäksi rakennettuun kosteikkoaltaaseen tulee vesiä Palolammesta ja lammen lounaislaidan luonnon kosteikkoaltaasta. Luonnon kosteikkoallas on ollut ennen kaivostoimintaa Palolampea, josta lounainen osa padottiin kaivoksen kuivatusvesien selkeytysaltaaksi ja joka kaivoksen sulkemisen jälkeen muuttui itsestään luonnon kosteikkolammeksi. Kosteikolle suotautuu Asuntotalon avolouhoksen vesiä louhepadon läpi (tiepato). Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon pohjarakenne koostuu turve-kalkkikivisepeli-turvekerroksesta kuten Suursuolla. Luonnon kosteikkolammen pohjan rakenne koostuu järviliejusta ja sen alla on heikosti vettä läpäisevää silttisedimenttiä. Rakennetusta kosteikkoaltaasta vedet virtaavat kalkkikivilouhepadon läpi Palopuroa pitkin kallioon louhittuun solaan ja edelleen tierummun läpi Myllypuroon, joka laskee Petkellahteen. Kalliosolaan, joka on louhittu entisen kaivostoiminnan aikana, on lisätty kalkkikivilouhetta kuten myös Juuan tien alittavan tierummun etumaastoon. Tierummusta purkautuva vesi tulee Myllypuron yläosaan syntyneelle luonnon kosteikolle, josta ulosvirtausta on hidastettu ja ohjattu alaosaan, purouomaan sijoitetuille heinäpaaleilla ja kalkkikivilouheella. Tämän alakosteikoksi nimetyn osan pohjan rakenne on luontainen orgaanisen aineksen peittämä moreenimaa. Alue on alkuaan syntynyt tulvaniityksi Myllypuron ja Petkelpuron yhtymäkohtaan. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää kosteikkopuhdistamojen toimivuutta ja veden laatua alkuvaiheesta, vuoden 27 keväästä vuoden 28 syksyyn vanhalla kaivosalueella ja vuoden 27 elokuusta vuoden 28 syksyyn Suursuolla. Vertailuaineistona on ennen jälkihoitoa otetut vesinäytteet (Räisänen 215a ja 215b). Tutkimuksessa tarkastellaan lisäksi puhdistukseen vaikuttavia tekijöitä ja mahdollisia puhdistumistehon parantamisvaihtoehtoja.

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 3 Kuva 1. Suursuon kosteikkopuhdistamon allasosat ja vesien virtaussuunnat sekä vuosien 27 ja 28 vesinäytteenottokohteiden sijainti, Luikonlahti, Kaavi.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 4 Kuva 2. Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon eri osat ja vuosien 27 ja 28 vesinäytteenottokohteiden sijainti, Luikonlahti, Kaavi. Kirjainlyhenteiden selitykset: AS-L = Asuntotalolouhos, KOST-L = luonnon kosteikko, KOST-R = rakennettu kosteikkoallas, KASK = kalkkikivilouhepato (kaskadi), K- Oja1 = Kalliosolan purouoma, K-oja 2 = kalliosolan alapuolinen purouoma, TIER = Juuantien alittava tierumpu, ALAKOST = Myllypuron yläosan luonnon kosteikko. Magnesiittihiekalla ja moreenilla peitetty sivukivikasa sijaitsee louhoksen ja rakennetun kosteikon välisellä alueella (ei merkintää kartassa). 2 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT Vesinäytteitä otettiin Suursuon kosteikkopuhdistamolta kuvan 1 ja vanhan kaivoksen alueelta kuvan 2 esitetyistä kohteista heti rakentamisen jälkeen vuonna 27 ja 28. Vuonna 27 Suursuolta vesinäytteitä otettiin vain osasta kohteita heti toiminnan käynnistyttyä elokuussa, mutta kaikista kohteista vasta lokakuussa 27 (Räisänen 215c). Vanhalta kaivosalueelta vuoden 27 vesinäytteet otettiin toukokuussa ja lokakuussa. Vuonna 28 molemmilta puhdistamoilta näytteet otettiin toukokuun ja syyskuun lopussa. Näytteiden ottomenetelmät ja määritysmenetelmät olivat samoja molempina vuosina. Alla on lyhyesti kuvattu näytteenotto ja eri näytetyypit esikäsittelyineen. Suursuon kosteikkopuhdistamolla vesinäytteet otettiin allasosien vapaasta vesikerroksesta ja altaiden välisistä ylivuotokohteista (patoaukkojen ylivuodosta), ylä- ja alapadon suotovesikohteista sekä pohjarakenteiden huokosvesistä. Allasvesistä näytteet otettiin limnosottimella noin 2 cm:n tai 3 cm:n syvyydestä, läheltä altaan pohjaa. Ylivuotokohteista ja ylä- ja alapadon suotovesikohteista näytteet otettiin kertakäyttöruiskun avulla 5 ml:n pulloon. Allasvesistä, ylivuotovesistä ja suotovesistä otettiin kustakin kohteesta

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ kpl 5 ml:n näytettä. Huokosvesikohteista vesinäytteet otettiin kerroksiin asennetuista ohuista putkista letkun ja ruiskun avulla imemällä. Näytteitä otettiin 2 kpl 1 ml:n otokset 1 ml:n muovipulloon altaalta 1 pintaturvekerroksesta ja sen alta kalkkisepelikerroksesta sekä altaalta 2 pinnan kalkkisepelikerroksesta ja sen alta turvekerroksesta. Vanhan kaivosalueen Asuntotalolouhoksesta ja kosteikkoaltaista vesinäytteet otettiin pitkävartisen pullonoutimen avulla ja patokohteista ruiskulla suoraan pulloon (2x5 ml/kohde). Pullonoutimella vedet otettiin louhoksesta noin 7-8 cm:n syvyydeltä ja kosteikkoaltailta läheltä pohjaa (3-4 cm). Kustakin kohteesta otettiin 2 kpl 5 ml:aa 5 ml:n muovipulloon. Näytteiden esikäsittely tehtiin kentällä ja se käsitti näytteiden suodatuksen ja/tai kestävöinnin. Yhdestä 5 ml:n näyte-erästä suodatettiin 1 ml:n vesinäyte 6 ml-muoviruiskun avulla käyttäen,45 µm huokoskoon kertakäyttösuodatinta. Suodatetut näytteet kestävöitiin suprapurtyppihappolla (lisäys,5 ml/1 ml:n vesinäyte). Suodatettu 1 ml:n vesinäyte käytettiin liukoisten alkuaineiden pitoisuuksien määrittämiseen. Toinen 1 ml:n, suodattamaton näyteotos kestävöitiin myös suprapurtyppihapolla. Tästä näytteestä määritettiin alkuaineiden kokonaispitoisuudet. Kokonaispitoisuuksiin näytettä ei otettu vuoden 28 toukokuussa. Toista 5 ml:n vesinäytettä ei käsitelty lainkaan maastossa. Ne käytettiin kiintoaineksen ja orgaanisen aineksen (TOC, DOC) määrityksiin. Huokosvesinäytteistä yhdestä 1 ml:n otoksesta suodatettiin 5 ml:n näyte liukoisten alkuaineiden määrittämiseen. Näytteet kestävöitiin maastossa suprapurtyppihapolla (,5 ml/1 ml:n vesinäyte). Suodatetut vesinäytteet ja kiintoaineksen sekä orgaanisen aineksen määrityksiin liittyvät näytteet otettiin keväällä ja syksyllä 27 ja 28, mutta vuonna 28 kokonaispitoisuuden määrityksiin näytteet otettiin vain syyskuussa. Vesinäytteiden alkuainemittaukset tehtiin Labtium Oy:n FINAS-akkreditoidussa laboratoriossa (entinen GTK:n kemian laboratorio) Espoossa. Pitoisuudet mitattiin ICP-AES- ja MS-ICPtekniikalla. Vesinäytteiden alkuaineiden kokonaispitoisuuksien määritys sisälsi näytteiden märkäpolton ennen alkuainemittauksia. Märkäpolttomenetelmässä vesinäytteestä otettiin 2 ml:n otos, mihin lisättiin 5 ml suprapurtyppihappoa ja seosta kuumennettiin 9 o C asteessa kuusi tuntia kiintoaineksen hajottamiseksi. Seos jäähdytettiin, jonka jälkeen se sentrifugoitiin ja kirkkaasta uutteesta tehtiin alkuaineiden pitoisuusmittaukset. Kiintoainesmäärän, orgaanisen aineksen kokonaispitoisuuden (TOC) ja liukoisen orgaanisen aineksen pitoisuuden (DOC) mittaukset tehtiin Savo-Karjalan ympäristötutkimus Oy:n FINAS-akkreditoidussa laboratoriossa. Näytteenoton yhteydessä mitattiin YSI556-monianturisella laitteella suoraan kustakin näytteenottokohteesta veden ph, hapetuspelkistyspotentiaali (ORP = redox), happipitoisuus ja hapen kyllästysaste. Suotovesikohteista ja kivipadoista suotavista vesikohteista mittaus tehtiin dekanterista. Suursuon altaiden pohjakerrosten huokosvedestä mittaukset tehtiin myös dekanterista WTW 34i-tyypin mittareilla. 3 TULOKSET 3.1 Rikastushiekan läjitysalueen suotoveden laatu sulkemisen jälkeen Luikonlahden rikastushiekan läjitysalueen pintaan purkautuvat pääsuotokohteet sijaitsevat Suursuohon rajoittuvalla patoalueella. Suotovettä purkautuu tihkumalla alapadon ja korotetun yläpadon alaosista. Alapadolla suotovyöhykkeellä on kaksi, muita tihkukohteita voimakkaammin virtaavaa suotovesilähdettä, jotka on nimetty näytteenotossa alasuoto1 ja 2 (kuva 1). Yläsuotokohde sijoittuu korotetun rikastushiekasta koostuvan padon ja sen edustalla olevan tasanteen rajapinnalle. Alasuoto1- ja yläsuotolähteiden veden

8 ph ph GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 6 laatua on seurattu vuodesta 23 saakka ja alasuoto 2-lähdettä vuodesta 25 lähtien. Alasuoto2 sijoittuu entisen Petkelpuron uomaan, joka oli aiemmin rautasaostumien täyttämä pehmeikkö, mikä esti vesinäytteenoton ennen vuotta 25. Tuolloin muutettiin yläsuodon kulkeutuminen kaivokselle johtavan tien alittavasta rummusta kiertämään tien varteen kaivettuun ojaan, joka myöhemmin täytettiin kalkkikivilouheella. Oja laskee altaaseen 1a (kuva 1). Tämä heikensi veden virtausta alasuoto 2 kohteessa ja siten mahdollisti vesinäytteenoton. Rikastushiekan läjitysalueen sulkemisen jälkeen yläpadon suotoalue kuivui lähes kokonaan syksyllä 27, jonka jälkeen suotautuminen painottui alapadolle (Räisänen 215c). Muutos liittyy vesipinnan laskuun läjitysalueella. Vuoden 28 syksyllä suotoveden virtaus oli runsainta entisen Petkelpuron, alasuoto2-kohteessa. Kohteista ei voitu tehdä suotoveden virtausmittauksia osittaisen kalkkikivilouhepeiton takia. Magnesiittipeittokerroksen paksuntamisen jälkeen ylä- ja alapadon suotovesien ph kohosi happamesta, ph-arvosta 3 vuonna 26 viiden tienoille ja kesällä 27 ph oli 6 (kuva 3 ja liite 1). ph:n nousua seurasi metallipitoisuuksien lasku (liite 1). Pitoisuudet pienenivät joko kymmenesosaan ja joidenkin osalta jopa sadasosaan. Nikkelin pitoisuus oli ennen magnesiittihiekkapeiton paksuntamista välillä,7-2, mg/l ja vuoden 28 toukokuussa,2 mg/l(kuvat 4a-b). Syyskuussa 28 Ni-pitoisuus lähes kaksinkertaistui ollen keskimäärin,4 mg/l (liite 1). Sinkki- ja alumiinipitoisuuksissa näkyi samansuuntainen muutos peittorakenteen paksuntamisen jälkeen (kuvat 4a-b). ph-arvojen ollessa kuusi alumiinipitoisuudet eivät kohonneet syksyllä 28 toisin kuin nikkelin ja sinkin pitoisuudet. Raudan ja rikin pitoisuuksien lasku peittorakenteen paksuntamisen jälkeen oli voimakkainta yläpadon suotokohteessa, missä raudan pitoisuudet putosivat sadasosaan ja rikin kymmenesosaan (kuvat 8c-d). Alapadon suotokohteissa molempien pitoisuudet myös laskivat, mutta kohosivat uudelleen syksyllä 28, kun yläsuotokohde kuivui. Syyskuussa 28 alasuotokohteiden rautapitoisuus vaihteli välillä 8-96 mg/l (liite 1). Pitoisuuksien kasvu selittyy osittain hapetuspelkistysarvojen alenemisella ja suotovirtauksen voimistumisella sateisen kesän jälkeen. (a) (b) yläsuoto alasuoto touko.3 touko.5 touko.6 touko.7 2 touko.3 touko.5 touko.7 touko.8 syys.8 Kuva 3. Suotoveden ph-arvojen vaihtelu (a) yläpadon suotokohteessa toukokuussa 23 (ennen magnesiittipeiton paksuntamista), 25, 26 ja 27 sekä (b) alapadon seurantakohteessa 1 toukokuussa 23, 25, 27 ja 28 sekä syyskuussa 28, Luikonlahden kosteikkopuhdistamo, Kaavi.

9 mg/l Fe mg/l S mg/l mg/l mg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 7 (a) (b) Nikkeli Sinkki Alumiini Nikkeli Sinkki Alumiini touko.3 touko.5 touko.6 touko.7 touko.3 touko.5 touko.7 touko.8 syys.8 (c) (d) 2 Rauta Rikki 1 Rauta Rikki touko.3 touko.5 touko.6 touko.7 touko.3 touko.5 touko.7 touko.8 syys.8 Kuva 4. Suotoveden nikkeli-, sinkki- ja alumiinipitoisuuksien vaihtelu (a) yläpadon suotokohteessa toukokuussa 23 (ennen magnesiittipeiton paksuntamista), 25, 26 ja 27, (b) alapadon seurantakohteessa 1 toukokuussa 23, 25, 27 ja 28 sekä syyskuussa 28 sekä rauta- ja rikkipitoisuuksien vaihtelu samoina ajankohtina (c) yläpadon suotokohteessa ja (d) alapadon suotokohteessa 1, Luikonlahden kosteikkopuhdistamo, Kaavi. 3.2 Suursuon kosteikkopuhdistamon veden fysikaalinen laatu Vuoden 27 lokakuussa allasveden ph vaihteli välillä 4,1-5,7 ja syyskuussa 28 välillä 3,4-5,7 (liite 2). Suurin muutos veden ph-arvoissa ilmeni pohjoisosan altaassa 1c ja keskimmäisessä altaassa 1d, missä veden ph aleni seurantajaksolla 1,-1,5 ph-yksikköä (kuva 5a). Sen sijaan eteläosan altaan 1b veden ph kasvoi lähes yksi ph-yksikköä. Kosteikkoaltailta ulosvirtaavan veden ph oli lokakuussa 27 5,2 ja lähes sama (5,3) toukokuussa 28, kun taas syyskuussa 28 ph laski arvoon 4,2 (kuva 5a). Syksyn 28 ph-arvon laskuun vaikutti eniten pohjoisosan altaalta 1c tuleva hapan vesi. Altaalta 1c altaaseen 1d tulevan veden ph oli toukokuussa 28 5,2, mutta syyskuussa ph oli 3,5 (mitattu ulosvirtaavasta vedestä). ph kohosi altaalla 2 arvoon 4,2 jääden kuitenkin alemmaksi kuin mitä se oli vuoden 27 lokakuussa ja 28 toukokuussa (5,2 ja 5,3).

10 Redox mv ph GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 8 (a) Allas 1a (P1) Allas 1b (P11) Allas 1c (P12) Allas 1d (P13) Allas 2 (P14, ulos) (b) Allas 1a (P1) Allas 1b (P11) Allas 1c (P12) Allas 1d (P13) Allas 2 (P14, ulos) Kuva 5. Suursuon kosteikkopuhdistamon allasveden (a) ph- ja (b) hapetuspelkistyspotentiaali (redox) - arvojen vaihtelu seurantajaksolla lokakuusta 27 syyskuuhun 28, Luikonlahti, Kaavi. Näytteenottokohteet (P1-P14) sijaitsevat altaiden ylivuotokohdissa (ks. kuva 1). Altaiden pohjakerrosten huokosvesien ph-arvoissa ei ilmennyt seurantajakson aikana yhtä suuria muutoksia kuin vapaassa allasvedessä (liite 2, kuva 6). Altaan 1 eri osien pohjakerrosten huokosveden ph vaihteli elokuussa 27 välillä 6,4-6,7 ja syyskuussa 28 välillä 6,3-7,7. Pintakerroksen turpeen huokosveden ph oli keskimäärin hieman alempi kuin sen alla kalkkisepelikerroksessa (kuvat 6a ja c). Altaassa 2 pohjakerrokset ovat toisin päin: kalkkisepelikerros on ylinnä ja turvekerros sen alla. Tässä altaassa pintakerroksen ph kasvoi vuoden 27 elokuun arvosta 6, vuoden 28 syyskuun arvoon 6,8 (kuva 6a). Turvekerroksessa ph-muutos oli hieman pienempi (27 ph 6,3 ja 28 ph 6,6).

11 ph Redox mv Redox mv Redox mv ph ph GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 9 (a) (c) Pintakerros, turve Pohja, kalkkisepeli Pintakerros, turve Pohja, kalkkisepeli (b) (d) Pinta,turvekerros Pohja, kalkkisepeli Pintakerros, turve Pohja, kalkkisepeli (e) (f) Pinta, kalkkisepeli Pohja, turve Pinta, kalkkisepeli Pohja, turve Kuva 6. Suursuon kosteikkopuhdistamon pohjarakenteiden huokosveden ph- ja hapetuspelkistyspotentiaaliarvojen (redox) vaihtelu elokuusta 27 syyskuuhun 28, Luikonlahti, Kaavi. Kuvissa a ja b on esitetty mittausarvot allasosasta 1b (eteläosa), kuvissa c ja d allasosasta 1c (pohjoisosa) sekä kuvissa e ja f altaasta 2. Allasvesien hapetuspelkistyspotentiaalin (redox) arvot kasvoivat vuoden 27 lopulta vuoden 28 syksyyn kaikissa muissa allasosissa, paitsi ei allasosassa 1b (liite 2, kuva 5b). Arvojen kasvu ilmeni vasta syyskuun 28 mittaustuloksissa. Muutos oli suurinta allasosissa 1c ja 1d, missä veden redox-arvo oli toukokuussa 28 keskimäärin noin 25 mv ja syyskuussa yli 4 mv. Tästä huomattavasti pienempiä arvoja mitattiin allasosan 1b vedestä (toukokuussa 18 mv ja syyskuussa 17 mv). Tässä allasosassa re-

12 Redox mv Redox mv GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 1 dox-arvot laskevat syksyyn päin toisin kuin allasosissa 1c ja 1d sekä altaassa 2, vaikka allasosaan 1 b tulevan veden (kohde P1) redox-arvo oli samaa luokkaa syyskuussa kuin allasosissa 1c ja 1d. Kosteikkoaltaiden pohjarakenteiden huokosveden redox-arvot olivat negatiivisia (pelkistävä) altaan 1 eri osissa ja arvot olivat keskimäärin pienempiä vuonna 28 kuin 27 (liite 2). Alhaisin lukema, -36 mv mitattiin allasosan 1 c pintaturvekerroksen alta, kalkkisepelikerroksesta syyskuussa 28. Yleisesti redoxarvojen lasku vuoden 27 syksystä vuoden 28 syksyyn oli suurinta allasosan 1b pohjarakenteen huokosvesissä (kuva 6b). Allasosassa 1c muutos oli päinvastainen: pintakerroksen negatiivinen redox-arvo kohosi lähelle nollaa syyskuussa 28 (-25 mv) ollen hieman korkeampi kuin lokakuussa 27 (-37 mv, kuva 6d). Samansuuntainen muutos ilmeni myös turpeen alla, kalkkisepelikerroksessa, missä redox-arvot olivat 2-3-kertaa pienemmät kuin pinnan turvekerroksessa (-74 mv syyskuussa 28). Allasosassa 1 c alhaisimmat redox-arvot mitattiin toukokuussa 28. Tässä allasosassa muutos on toisensuuntainen kuin allasosassa 1b ja siten näyttäisi kytkeytyvän itse allasveden laadussa tapahtuneeseen muutokseen. Altaan 2 pintakerroksen, kalkkisepelikerroksen redox-arvo oli positiivinen (hapettava) vuonna 27 ja 28 ja arvo laski lähelle nollaa syyskuussa 28. Kalkkisepelikerroksen alla, turvekerroksessa arvo oli elokuussa 27 positiivinen ja toukokuussa 28 negatiivinen ja kohosi hieman nollan yläpuolelle syyskuussa 28 (19 mv). Allasveden redox-arvojen muutokset seuraavat ph-arvoja: kun ph-arvo laskee, redox-arvo kohoaa (kuva 7). Vastaavanlainen korrelaatio ilmenee myös huokosvesien ph- ja redox-arvojen välillä, joskin heikompana. Tämä kytkeytyy raudan hapettumiseen (tai pelkistymiseen) ja saostumisreaktioihin. Redox-arvon kasvu ja ph-arvon lasku viittaa raudan hapettumiseen ja saostumiseen oksihydroksideina, kun taas redoxarvon laskuun (muutos negatiiviseksi) kytkeytyvä ph:n nousu liittyy raudan ja muiden metallien sekä sulfaatin pelkistymisreaktioihin, jota seuraa niukkaliukoisten rauta- ja metallisulfidien saostuminen. Kosteikkopuhdistamon altaan 1 eri osien vesistä mitatut sähkönjohtokyvyt olivat keskimäärin suurempia vuoden 28 syyskuussa (177 ms/m) kuin 27 lokakuussa (116 ms/m). Seuranta-ajankohtien välinen muutos oli pienin allasosan 1b vedessä ja suurin allasosan 1c vedessä (kuva 8a). Altaaseen 2 tulevan veden sähkönjohtavuus oli syyskuussa 28 noin 23 ms/m ja lokakuussa ms/m. Tästä altaasta poistuvan veden (P14) sähkönjohtavuus pieneni vähän syyskuussa 28 (2 ms/m). Altaiden pohjarakenteen huokosvesistä mitattiin keskimäärin hieman alhaisempia johtavuuksia kuin vapaasta allasvedestä. Mutta myös niissä sähkönjohtavuus oli suurempi syyskuussa 28 kuin lokakuussa 27 (liite 2). (a) (b) 27 touko.8 syys ph ph

13 Happi mg/l SKJ ms/m GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ Kuva 7. ph- ja hapetuspelkistysarvojen keskinäinen riippuvuus (a) allasvesissä ja (b) altaan pohjarakenteen huokosvesissä vuonna 27 (elo- ja lokakuu) ja 28 (touko- ja syyskuu), Suursuon kosteikkopuhdistamo, Luikonlahti. (a) Allas 1a (P1) Allas 1b (P11) Allas 1c (P12) Allas 1d (P13) Allas 2 (P14, ulos) (b) Allas 1a (P1) Allas 1b (P11) Allas 1c (P12) Allas 1d (P13) Allas 2 (P14, ulos) Kuva 8. Suursuon kosteikkopuhdistamon allasosien (a) sähkönjohtokyky ja (b) happipitoisuus seurantaajankohtina lokakuussa 27 ja touko- sekä syyskuussa 28, Luikonlahti, Kaavi. Näytteenottokohteet (P1-P14) sijaitsevat altaiden ylivuotokohdissa (ks. kuva 1). Kosteikkopuhdistamon allasvesien happipitoisuudessa ei ilmennyt yhtä suuria vaihteluita kuin pharvoissa tai sähkönjohtokyvyissä (liite 2, kuva 8b). Yleistrendinä tuloksista ilmenee veden happipitoisuuden ja myös hapen kyllästysasteen pienoinen lasku lokakuun 27 arvoista syyskuun 28 arvoihin. Vuoden 27 mittauksissa allasveden happipitoisuus oli keskimäärin 9,9 mg/l ja vuoden 28 mittauksissa 8,7 mg/l. Pohjarakenteiden huokosvedessä hapen määrä oli kolmasosaa pienempi (27: 3,3 mg/l ja 28: 2,7 mg/l). Happipitoisuuden lasku (hapen kulutus) kytkeytyy hapen sitoutumiseen allasvedestä sa-

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ ostuviin rautaoksihydroksideihin (allasvesi), mutta voi osittain myös kytkeytyä orgaanisen aineksen hajoamiseen liittyviin hapen kulutusreaktioihin. 3.3 Suursuon kosteikkopuhdistamon allasvesien orgaanisen aineksen ja kiintoaineksen määrä Suurkosteikkopuhdistamon allasveden orgaanisen aineksen (DOC, TOC) ja kiintoaineksen pitoisuus mitattiin vain vuonna 28 toukokuun ja syyskuun näytteistä. Tulokset on esitetty taulukossa 1, josta puuttuu toukokuun orgaanisen aineksen kokonaispitoisuudet (TOC) Savo-Karjalan ympäristötutkimus Oy:n laboratoriossa sattuneen inhimillisen erehdyksen vuoksi. Liukoisen orgaanisen aineksen pitoisuus (DOC) vaihteli allasosien vedessä toukokuussa välillä 3,2-4,8 mg/l ja syyskuussa 1,1-4,2 mg/l. Suurimmat pitoisuudet mitattiin allasosista 1a ja 1b, pienimmät allasosasta 1c ja altaaseen 2 tulevasta vedestä (P13). Orgaanisen aineksen määrä pieneni lähes puoleen altaan 2 ulosvirtaavassa vedessä verrattuna sinne tulevaan veden pitoisuustasoon (allasosa 1d). TOCtulokset viittaavat siihen, että veden orgaaninen aines on lähes täysin liukoisessa muodossa. Allasveden kiintoainespitoisuus vaihteli toukokuussa välillä 5-28 mg/l ja syyskuussa 5-42 mg/l. Suurimmat pitoisuudet mitattiin toukokuussa altaasta 2 ulosvirtaavasta vedestä. Syksyllä kiintoainesta oli eniten allasosasta 1c ulosvirtaavassa ja altaaseen 2 tulevassa vedessä ja pienimmät pitoisuudet allasosan 1b vedessä. Altaan 1c vedessä kiintoaineksen määrä oli syyskuussa nelinkertainen toukokuun määrää nähden ja altaaseen 2 tulevassa vedessä kolminkertainen. Kiintoaineksen vaihtelu ei seuraa orgaanisen aineksen pitoisuusvaihtelua. Tästä syystä voidaan olettaa kiintoaineksen koostuvan suurelta osin raudan saostumista, joita näyttäisi olevan runsainten allasosassa 1c. Tätä tukevat myös näköhavainnot maastosta. Saostumaainesta pidättyy allasosaan 1d ja edelleen allasosaan 2, jonka seurauksena ulosvirtaavassa vedessä kiintoaineksen määrä on pudonnut allasosan 1c pitoisuuksista puoleen (17 mg/l). Taulukko 1. Suursuon kosteikkopuhdistamon allasvesien liukoisen orgaanisen aineksen (DOC) pitoisuus, orgaanisen aineksen kokonaispitoisuus (TOC) ja kiintoainespitoisuus toukokuussa ja syyskuussa 28, Luikonlahti, Kaavi. DOC TOC Kiintoaines mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Päiväys Allas 1a (P1) 4,6 4,1 4,2 9, 12 Allas 1b (P11) 4,8 4,2 4,4 5, 5, Allas 1c (P12) 3,2 1,1 1, Allas 2 (P13) 3,2 1,7 1,9 9, 23 Ulos poistuva (P14) 7,1 3,3 3, Suursuon kosteikkopuhdistamon veden kemiallinen laatu ja nikkelin sekä arseenin pidättyminen Liitteessä 3 on esitetty allasvesien kemiallinen koostumus seurantajaksolla syksystä 27 syksyyn 28. Lähes kaikkien keskeisten alkuaineiden pitoisuudet pienenivät merkittävästi lokakuusta 27 toukokuuhun 28, mutta kasvoivat saman vuoden syyskuussa. Esimerkkinä kuvassa 9 on esitetty nikkelin, sinkin, koboltin, kuparin ja arseenin pitoisuusvaihtelu allasosien 1a, 1b ja 1c sekä altaan 2 ulosvirtaavassa vedessä. Yleisesti kosteikkopuhdistamon allasvesi sisälsi runsaasti sulfaattista rikkiä (21-48 mg/l), kalsiumia (16-46 mg/l) ja magnesiumia (6-1 mg/l). Luonnonvesiin nähden allasvesissä on poikkeavan suuria

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ kaliumin (6,6-1 mg/l) ja natriumin pitoisuudet (8,6-13 mg/l). Edellä mainittujen alkuaineet ovat lähtöisin malmin prosessikemikaalien (ksantaattien, kalkin, ferrisulfaatin ja mahdollisesti rikkihapon) liukoisista jäämistä, jotka kulkeutuvat rikastushiekka-altaalta suotovesien mukana kosteikkoaltaisiin. Rikin ja kalsiumin pitoisuudet olivat suurimmat altaassa 1c ja pienimmät altaassa 1b. Magnesiumin, kaliumin ja natriumin pitoisuuksissa ei ollut merkittäviä allaskohtaisia eroja. Rauta- ja alumiinipitoisuudet vaihtelivat melkoisesti altaiden välillä ja näytteenottoajankohdan mukaan. Pitoisuudet olivat pienimmillään toukokuussa 28, jolloin vesimäärä altaissa oli pienin, ja suurimmillaan syyskuussa, jolloin vesimäärä oli suurin. Näistä poiketen mangaanipitoisuuksien vaihtelu eri allasosissa oli vähäisempää. Rautapitoisuudet olivat välillä,2-22 mg/l, alumiinipitoisuudet,2-8 mg/l ja mangaanipitoisuudet,7-1,6 mg/l. Myös nikkelin, sinkin ja koboltin pitoisuustaso vaihteli jonkin verran allaskohtaisesti. Lisäksi vaihtelu oli suurinta 28 toukokuun ja syyskuun näytteiden välillä (kuva 9). Nikkelipitoisuudet olivat välillä µg/l ollen kaikissa altaissa pienimmät toukokuussa 28 ja suurimmat saman vuoden syyskuussa. Sinkkipitoisuudet vaihtelivat välillä µg/l. Pienimmät sinkkipitoisuudet olivat allasosissa 1a ja 1b ja suurimmat allasosissa 1c ja 1d. Allasosan 1c (ja myös 1d) suuremmat sinkkipitoisuudet selittyvät alapadon suotovesien korkeammilla sinkkipitoisuuksilla, kun taas yläpadosta ja pohjavesistä allasosaan 1b tulevien vesien sinkkipitoisuudet olivat pieniä. Kobolttipitoisuudet olivat välillä 3-16 µg/l. Myös koboltille suurimmat pitoisuudet mitattiin syyskuussa 28. Kuparipitoisuudet olivat kobolttipitoisuuksia huomattavasti pienemmät (3-3 µg/l). Arseenin ja muiden hivenmetallien pitoisuudet olivat pieniä kaikissa allasosissa (liite 3). Nikkelin pidättyminen allasvedestä oli tehokkainta allasosassa 1b syksyllä 28. Tässä osassa Nipitoisuudet laskivat lähes puoleen eli lähes samalle tasolle (23 µg/l) kuin mitä ne olivat toukokuussa (2 µg/l). Heikointa nikkelin pidättyminen oli altaissa 1c ja 1d, missä molemmissa nikkelipitoisuus pysyi sekä toukokuussa että syyskuussa 28 lähes samalla tasolla (4 µg/l) ollen vain hieman pienempi kuin altaaseen tulevan alapadon suotoveden Ni-pitoisuus. Altaasta 1d ulosvirtaavan veden Ni-pitoisuus aleni kolmasosan altaassa 2, josta poistuvan veden Ni-pitoisuus oli toukokuussa 175 µg/l ja syyskuussa noin 28 µg/l. Samankaltaiset pitoisuuksien muutokset eri altaiden välillä ilmenivät myös raudalla, alumiinilla, sinkillä ja koboltilla. Liitteessä 4 on esitetty keskeisten alkuaineiden liukoiset pitoisuudet altaiden 1 ja 2 pohjarakenteiden huokosvesissä. Liukoiset pitoisuudet olivat useimpien alkuaineiden osalta huomattavasti pienempiä huokosvedessä kuin vapaassa allasvedessä. Ero oli lähes kymmenkertainen (vrt. kuvat 9 ja 1). Tämä antaa viitteitä pohjakerroksiin pidättymisen tehosta. Seurantajaksolla elokuusta 27 syyskuuhun 28 pintaturvekerrokseen pidättyminen tehostui eniten nikkelin, sinkin ja alumiinin osalta ja vähiten koboltin osalta. Kalkkisepelikerroksessa muutos oli suurin nikkelillä ja koboltilla (kuva 1). Pidättymistehossa eroja oli kuitenkin allasosien välillä. Allasosassa 1b pidättyminen oli kaikkien osalta tehokkaampaa kuin allasosassa 1c. Tulos on samansuuntainen tulos kuin mitä tulokset osoittivat vapaan allasveden osalta. Pidättyminen parani allasosassa 1d ja altaalla 2. Näiden altaiden osalta huokosvesitulokset osoittavat pidättymisen tehostuvan allasosassa 1d ennen allasta 2 toisin kuin mihin vapaan allasveden tulokset viittasivat (ks. teksti yllä). Kuvassa 11 on esitetty nikkelipitoisuuksien vaihtelu allasosan 1b ja 1c pintaturvekerroksen ja pohjan kalkkisepelikerroksen huokosvesissä. Seurantajaksolla suurin muutos näkyi nikkelin pidättymisen tehostumisesta allasosan 1b pohjakerroksiin (kuva 11a). Vuodesta 27 vuoteen 28 Ni-pitoisuudet pienenivät keskimäärin sadasosaan (6-9 µg/l). Tästä poikkeava tulos saatiin allasosasta 1c, missä pohjarakenteiden huokosvesien Ni-pitoisuudet kasvoivat kesästä syksyyn 28, eniten pintaturvekerroksessa (15 µg/l, kuva 11b). Vastaavanlainen muutos näkyi alumiinilla ja koboltilla, muttei sinkillä, jota pidättyi tehokkaasti myös allasosassa 1c.

16 µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ (a) (b) loka.7 touko.8 syys.8 loka.7 touko.8 syys Ni Zn Co Cu As Ni Zn Co Cu As (c) (d) loka.7 touko.8 syys.8 loka.7 touko.8 syys Ni Zn Co Cu As Ni Zn Co Cu As Kuva 9. Nikkelin (Ni), sinkin (Zn), koboltin (Co), kuparin (Cu) ja arseenin (As) pitoisuudet lokakuussa 27, toukokuussa ja syyskuussa 28 (a) allasosasta 1a, (b) allasosasta 1b, (c) allasosasta 1c ja (d) altaasta 2 ulosvirtaavassa vedessä, Suursuon kosteikkopuhdistamo, Luikolahti. (a) (b) Ni Zn Co Al Ni Zn Co Al Kuva 1. Liukoisen nikkelin, sinkin, koboltin ja alumiinin keskiarvopitoisuudet altaan 1 (a) pintaturvekerroksen huokosvedessä ja (b) pohjan kalkkisepelikerroksen huokosvedessä, Suursuon kosteikkopuhdistamo, Luikonlahti.

17 Rauta mg/l Rauta mg/l Nikkeli µg/l Nikkeli µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ (a) (b) Pintakerros, turve 15 Pohja, kalkkisepeli Pintakerros, turve 15 Pohja, kalkkisepeli Kuva 11. Liukoisen nikkelin pitoisuusvaihtelu (a) allasosan 1b ja (b) allasosan 1c pohjarakenteiden huokosvesissä, Suursuon kosteikkopuhdistamo, Luikonlahti. (a) (b) Pintakerros, turve Pohja, kalkkisepeli Pintakerros, turve Pohja, kalkkisepeli , , Kuva 12. Liukoisen raudan pitoisuusvaihtelu (a) allasosan 1b ja (b) allasosan 1c pohjarakenteiden huokosvesissä, Suursuon kosteikkopuhdistamo, Luikonlahti. Huom. Kuvassa a on logaritminen asteikko. Myös raudan pidättyminen parani allasosan 1b pohjakerroksiin seurantajaksolla (kuva 12a). Rautapitoisuudet pienenivät elokuun 27 alkutilanteesta kymmenesosaan ollen syyskuussa 28 pintakerroksessa 1,2 mg/l ja alapuolen kalkkisepelikerroksessa,2 mg/l (allasvedessä,6 mg/l). Allasosan 1c pohjarakenteiden huokosvesissä rautapitoisuudet olivat lähtötilanteessa lähes samalla tasolla kuin allasosassa 1b, mutta kasvoivat yli kaksinkertaiseksi (n. 15 mg/l) syyskuussa 28. Allasosan 1d huokosvesissä pitoisuudet olivat syyskuussa pieniä (<,3 mg/l), mikä viittaa pidättymisen tehostuvat tässä allasosassa verrattuna allasosaan 1c. Altaiden pohjarakenteiden huokosvesien kuparin ja arseenin pitoisuudet olivat alle alimman määritysrajan tai lähellä sitä (liite 4). Rikkipitoisuudet olivat vain hieman pienempiä pohjarakenteiden huokosvesissä kuin allasvesissä. Hävikki liittyy pohjakerroksiin saostuviin metallisulfideihin sitoutuvaan rikkiin. Pintaturvekerroksessa ja sen alla kalkkisepelikerroksessa liukoista rikkiä oli syyskuussa 28 hieman yli 3 mg/l, mitä on moolipitoisuuksina laskettuna kymmenkertainen määrä suhteessa rautaan. Kalsiumin ja magnesiumin pitoisuudet olivat keskimäärin hieman suurempia huokosvesissä kuin vapaassa allasvedessä, kun taas natriumin ja kaliumin pitoisuuksissa erot olivat pieniä. Kalsiumin ja magnesiumin pitoisuuksien kasvu liittyy kalkkikiven liukenemiseen (neutralointireaktiot).

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon ja Myllypuron veden fysikaalinen laatu Taulukossa 2 on esitetty vanhalta kaivosalueelta otettujen pintavesien ph, hapetuspelkistyspotentiaali (redox = ORP), sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysaste vuonna 27 ja 28. Vertailuarvoina ovat vuoden 25 vastaavista kohteista otettujen vesinäytteiden keskiarvot. Myllypurossa. pharvoissa ei ollut merkittäviä muutoksia seurantajaksolla. Louhosveden ph vaihteli välillä 7-7,4. Louhoksen alapuolella luonnonkosteikolla ja sivukivikasan suotovesiä keräävän rakennetun kosteikon veden ph oli välillä 6,5-7, millä tasolla se pysyi kosteikkoaltaan alapuolisessa puro-osassa ja sen lasku-uomassa. Sen sijaan redox-arvot laskivat kosteikkojen rakentamisen jälkeen 27 ja 28 erityisesti rakennetussa kosteikkoaltaalla (13 mv:sta 5-6 mv:iin) ja sen alapuolella Juuan tien alittavaan rumpuun (1-4 mv) saakka. Myllypurossa redox-arvot olivat syyskuussa 28 noin 65 mv. Sähkönjohtokyky oli rakennetulla kosteikkoaltaalla lähes puolet pienempi kuin Asuntotalon louhosvedellä tai luonnon kosteikon vedessä. Arvot olivat alhaisimmillaan vuonna 27, minkä jälkeen ne hieman kohosivat. Happipitoisuudet ja hapen kyllästysaste kohosivat kosteikkojen rakentamisen jälkeen. Syyskuussa 28 happipitoisuus oli hieman suurempi lähes kaikissa kosteikon näytteenottokohteissa kuin toukokuussa 28 tai lokakuussa 27. Tämä voi liittyä osin kesän 28 runsaaseen sademäärään. Taulukossa 3 on esitetty kohteittain pintaveden kiintoainespitoisuus, orgaanisen aineksen kokonaispitoisuus (TOC) ja liukoinen pitoisuus (DOC) vuoden 28 seurannassa. Louhosveden kiintoaines- ja orgaanisen aineksen pitoisuudet olivat pieniä ( 3 mg/l). Louhoksen suotovesiä puhdistavassa luonnon kosteikoissa kiintoaineksen määrä oli keskimäärin hieman pienempi (4-5 mg/l) kuin rakennetun kosteikon vedessä (5-8 mg/l). Ero näkyy selkeimmin orgaanisen aineksen määrässä, joka oli luonnonkosteikolla välillä 3-4 mg/l ja rakennetulla kosteikolla yli kaksinkertainen (8-11 mg/l). Pitoisuustason muutos johtuu ilmeisesti hienojakoisen turpeen erodoitumisesta kosteikon pohja- ja reunarakenteista. Rakennetun kosteikkoalueen eroosioherkkyys kytkeytyy kasvillisuuden vähäiseen leviämiseen ensimmäisenä rakentamisen jälkeisenä toimintavuotena 28. Toisena tekijänä eroosiota lisää veden voimakas runsaus ja voimakas virtaus, mikä selittää syksyn korkeamman orgaanisen aineksen määrän verrattuna toukokuun pitoisuuksiin. TOC- ja DOC-pitoisuudet kasvoivat rakennetun kosteikon alapuolella, virtapaikoissa kalkkikiviporrasosassa (8-11 mg/l) ja sen alapuolella kalliosolassa (7-1 mg/l) pieneten asteittain vasta Juuan tien alapuolella alakosteikolla ja Myllypurossa (6-8 mg/l). Alakosteikolla veden virtaus vähenee yläpuoliseen purouomaan verrattuna ja edistää orgaanisen aineksen laskeutumista.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ Taulukko 2. Vanhan kaivosalueen Asuntotalolouhoksen, luonnon kosteikkolammen ja rakennetun kosteikkopuhdistamon sekä sen alapuolisen puroveden ph, hapetuspelkistyspotentiaali (redox), sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysaste vuonna 27 ja 28, Luikonlahti, Kaavi. ph Redox SKJ Happi Hapen kyllästysaste mv ms/m mg/l % Asuntotalon louhos (AS-L) Keskiarvo 25 1) 7, ,25 82 Toukokuu 27 7, ,2 75 Lokakuu 27 7, ,8 86 Syyskuu 28 7, , 91 Luonnon kosteikko (KOST-L) Keskiarvo 25 1) 6, ,23 48 Toukokuu 27 6, ,9 26 Lokakuu 27 7, ,81 5 Toukokuu 28 6, ,1 55 Syyskuu 28 6, ,3 65 Rakennettu kosteikko Palopurossa (KOST-R) Keskiarvo 25 1) 6, , 4,7 58 Toukokuu 27 6, ,6 7, 67 Lokakuu 27 7, 94 51,1 8,7 65 Toukokuu 28 6, ,2 9,35 9 Syyskuu 28 6, , 8,13 72 Kalkkiportaat, kaskadi (KASK) Toukokuu 27 6, , 7,4 72 Lokakuu 27 6, ,8 9,11 74 Toukokuu 28 6, ,8 8,89 85 Syyskuu 28 6, , 8, ) keskiarvotulokset (n=4), Myllymäki 26 ph Redox SKJ Happi Hapen kyllästysaste mv ms/m mg/l % Kallio-oja, yläpuoli (K-OJA1) Keskiarvo 25 1) 6, ,6 4,88 62 Lokakuu 27 6, , 9,68 78 Toukokuu 28 6, ,5 9,55 9 Syyskuu 28 6, , 1,2 87 Kallio-oja, alapuoli (K-OJA2) Lokakuu 27 6, , 11,3 91 Myllypuro, tierumpu (TIER) Keskiarvo 25 1) 6, ,3 6,18 75 Toukokuu 27 6, ,6 8,1 76 Lokakuu 27 6, ,9 11,6 94 Toukokuu 28 6,6 39 7,9 9,7 88 Syyskuu 28 6, , 12,4 13 Myllypuro, alakosteikko (ALA-KOST) Toukokuu 27 6, ,6 7,5 69 Toukokuu 28 6, ,9 9,46 9 Syyskuu 28 6, , 11,3 94 Myllypuron suualue (MYLLYPURO) Toukokuu 28 6, ,9 1, 87 Syyskuu 28 6, , 11,9 97 1) keskiarvotulokset (n=4), Myllymäki 26

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ Taulukko 3. Kiintoaineksen ja orgaanisen aineksen kokonaispitoisuus ja liukoinen pitoisuus Asuntotalolouhoksen vedessä, luonnon kosteikon vedessä ja rakennetulla kosteikkopuhdistamolla (rakennettu kosteikko, kaskadi) sekä sen alapuolella purovedessä, Luikonlahti, Kaavi. Näyte Kiintoaines TOC DOC tunnus touko.8 syys.8 touko.8 syys.8 syys.8 mg/l mg/l mg/l Asuntotalolouhos AS-L - 3, - 1,5 1,5 Luonnon kosteikko KOST-L 5, 4, 3, 3,8 3,7 Rakennettu kosteikko KOST-R 8, 5, 7, Kaskadi KASK , Kalliosolan oja K-OJA ,1 1 9,1 Tierumpu TIER ,6 9,6 8,9 Alakosteikko ALAKOST ,2 8, 8,2 Myllypuro Myllyp ,6 7,5 7,3 3.6 Vanhan kaivosalueen kosteikkopuhdistamon ja Myllypuron veden kemiallinen laatu Liitteessä 5 on esitetty louhosveden ja kosteikkopuhdistamon sekä sen alapuolisen Myllypuron veden alkuainepitoisuudet (liukoiset ja kokonaispitoisuudet). Seurantajaksolla Asuntotalon louhoksen vedessä nikkelipitoisuus vaihteli välillä 23-4 µg/l (=,2-,4 mg/l) ja luonnon kosteikolla välillä 2-9 µg/l. Palopuroon rakennetun kosteikkoaltaan veden Ni-pitoisuudet (7-11 µg/l) olivat keskimäärin hieman suurempia kuin luonnon kosteikon nikkelipitoisuudet. Pitoisuudet kohosivat altaan alaosassa (kalkkikivilouhepato = kaskadi) välille 9-14 µg/l. Rakennetun kosteikon alapuolisessa purossa pitoisuudet edelleen kasvoivat kalliosolan kohdalla välille µg/l. Juuan tien alapuolella pitoisuudet pysyivät lähes samalla tasolla vaihdellen välillä µg/l. Yleisesti kaikissa seurantakohteissa Ni-pitoisuudet olivat pienimmät toukokuussa 27 (heti kosteikon rakentamisen jälkeen) ja 28. Suurimmat pitoisuudet mitattiin runsassateisen kesän jälkeen syyskuussa 28. Veden nikkeli on pääasiassa liukoista muotoa. Kiintoaineksen mukana kulkeutuvan nikkelin osuus kokonaispitoisuudesta vaihteli 5-1 %. Nikkelipitoisuuksien kohoaminen kalliosolan purovedessä on seurausta nikkelipitoisen kallioveden sekoittumisesta puroveteen (Räisänen 27). Pitoisuuden kasvu eri vuosina vaihteli välillä 6-9 µg/l ollen suurin syyskuussa 28. Sinkin ja mangaanin pitoisuusvaihtelu kosteikkopuhdistamon tarkkailukohteissa oli samansuuntainen kuin nikkelillä (kuva 13). Sinkkipitoisuudet olivat kolmasosan suurempia (16-76 g/l) kuin nikkelipitoisuudet (liite 5, kuva 13b). Mangaanipitoisuudet vaihtelivat välillä µg/l. Luonnon kosteikkoaltaan veden Mn-pitoisuudet olivat nikkelistä ja sinkistä poiketen korkeammat kuin rakennetun alueen pintavedessä (kuva 13c). Sekä sinkki että mangaani esiintyvät vedessä suurimmaksi osaksi liukoisessa muodossa (>95 %). Kuparin ja koboltin pitoisuudet olivat edellä mainittuja alkuainepitoisuuksia pienemmät (Cu <6 µg/l, Co <1 µg/l, liite 5). Myös niiden pitoisuudet olivat hieman suuremmat kalliosolassa ja sen alapuolisessa purossa. Raudan liukoiset pitoisuudet olivat pieniä Asuntotalolouhoksen pintavedessä ja luonnon kosteikon vedessä (,15-,7 mg/l, liite 5). Pitoisuudet kuusinkertaistuivat rakennetulla kosteikolla (4,6 mg/l) ja kymmenkertaistuivat alapuolisessa purossa kalliosolan kohdalla (15 mg/l, kuva 14a). Juuan tien alapuolen kosteikolla pitoisuudet olivat lähes puolet pienemmät kuin kalliosolassa (9 mg/l). Myllypuron suualueella liukoisen raudan pitoisuus pieneni edelleen ollen noin 7 mg/l. Veden mukana kulkeutuvasta raudasta osa on sitoutuneena kiintoainekseen (kiinto-fe), jonka pitoisuus rakennetulla kosteikkoalueella oli pieni (,6 mg/l) suhteessa liukoisen raudan pitoisuuteen. Kiintoainekseen sitoutuneen raudan pitoisuus kasvoi mo-

21 Mangaani mg/l Nikkeli µg/l (liuk.) Sinkki µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ ninkertaisesti Juuan tien alapuolella Myllypuron kosteikkoalueella ja sen alapuolisessa purouomassa (2,8-3,2 mg/l). Tässä osassa kiintoainekseen sitoutuneen raudan pitoisuus kasvun myötä liukoisen raudan pitoisuus pieneni (kuva 14a), mikä merkitsee raudan pidättymisen tehostumista Myllypuron kosteikon sedimentteihin (alakosteikolla). Myös alumiinipitoisuudet olivat pieniä Asuntotalolouhoksen ja luonnon kosteikon vedessä (<1 mg/l). Alumiinipitoisuus kymmenkertaistui rakennetun kosteikon altaassa ja osittain myös sen alapuolisessa purouomassa (58-73 g/l, kuva 14b). Näissä osissa liukoisen ja kiintoainekseen sitoutuneen alumiinin pitoisuudet olivat lähes yhtä suuria. Liukoisen alumiinin pitoisuus pieneni huomattavasti Juuan tien alapuolisessa Myllypurossa (noin 12 µg/l), sen kosteikko-osassa (alakosteikolla) ja sen jatkeella ennen laskua Petkellahteen. Tämä kytkeytyy alumiinin saostumisen tehostumiseen, mikä näkyy kiintoainekseen sitoutuneen alumiinin pitoisuuksien samanaikaisena kasvuna. (a) (b) loka.7 touko.8 syys.8 loka.7 touko.8 syys Kost-L Kost-R Kask K-oja TieR Alak Myllyp Kost-L Kost-R Kask K-oja TieR Alak Myllyp (c) loka.7 touko.8 syys.8 1,5 1,5 Kost-L Kost-R Kask K-oja TieR Alak Myllyp Kuva 13. Nikkelin, sinkin ja mangaanin liukoisten pitoisuuksien vaihtelu vanha kaivosalueen kosteikkopuhdistamon seurantakohteissa lokakuussa 27, toukokuussa ja syyskuussa 28, Luikonlahti. Vertailukohteena on esitetty Asuntotalolouhoksen suotovesiä puhdistavan luonnon kosteikon vesi. Kohteiden lyhenneselitykset: Kost-L = luonnon kosteikko, Kost-R = rakennettu kosteikko, Kask = kalkkikivilouhepato, K-oja = kalliosolan purokohde, TieR = Juuan tien alapuoli, tierummusta tuleva vesi, Alak = alakosteikko, Myllypuron luonnon kosteikko ja Myllyp = Myllypuron suualue.

22 Alumiini µg/l Liukoinen Fe mg/l Kiinto-Fe mg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/215 2 (a) 2 Liukoinen Kiinto-Fe As-L Kost-L Kost-R Kask K-oja TieR Alak Myllyp (b) Liukoinen Kiinto-Al As-L Kost-L Kost-R Kask K-oja TieR Alak Myllyp Kuva 14. (a) Liukoisen raudan ja kiintoainekseen (kiinto-fe) sitoutuneen raudan sekä (b) liukoisen alumiinin ja kiintoainekseen sitoutuneen alumiinin pitoisuuksien vaihtelu vanha kaivosalueen kosteikkopuhdistamon seurantakohteissa syyskuussa 28, Luikonlahti. Kohteiden lyhenneselitykset: As-L = Asuntotalolouhos, Kost-L = luonnon kosteikko, Kost-R = rakennettu kosteikko, Kask = kalkkikivilouhepato, K- oja = kalliosolan purokohde, TieR = Juuan tien alapuoli, tierummusta tuleva vesi, Alak = alakosteikko, Myllypuron luonnon kosteikko ja Myllyp = Myllypuron suualue. 4 JOHTOPÄÄTÖKSET 4.1 Suursuon kosteikkopuhdistamon toimivuus ja metallien pidättyminen Rikastushiekan läjitysalueen suotovesien puhdistumiseen on vaikuttanut eniten läjitysalueen magnesiittihiekkapeiton paksuntaminen. Emäksinen peittorakenne nosti suotovesien ph-arvoja happamesta (<3) lievästi happameen ( 6), minkä seurauksena suotovesien metallipitoisuudet pienenivät merkittävästi. Pitoisuudet laskivat 7-99 % läjitysalueen sulkemisen jälkeen vuonna 27 (kuva 15a). Suurin lasku oli yläpadon suotokohteessa. Vuoden 27 lopulla yläpadon suotokohde kuivui lähes kokonaan ja suotauminen painottui alapadolle. Myös alapadon suotovesissä näkyi magnesiittipeiton vaikutus. Täällä muutos näkyi selkeimmin alumiinin, kadmiumin, kuparin, mangaanin ja sinkin pitoisuuksissa, jotka pienenivät peiton jälkeen yli 8 % (kuva 15b). Nikkelin ja koboltin pitoisuudet laskivat noin 6 %.

23 Hävikki-% Hävikki-% GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 49/ Metallipitoisuuksien lasku on seurausta metallien pidättymisestä läjitysalueelle läjityksen huokosveden happamuuden vähetessä magnesiittihiekkapeiton paksuntamisen jälkeen. Toisena tekijänä voi olla korotetun vyöhykepadon reuna-alueen sulfidisen rikastushiekan rapautumisen hidastuminen. Viime mainitusta viitteenä on suotovesien redox-arvon pieneneminen niin yläpadolla kuin alapadon suotokohteissa. Alapadon toisessa suotokohteessa, entisen Petkelpuron uomassa redox-arvot olivat negatiivisia ja ylempänä rinteessä alle 5 mv. Suotoveden muuttuessa pelkistäväksi tai osittain pelkistäväksi rauta ei kuitenkaan pidäty läjitykseen, vaan tulee ulos suotovesien mukana. Rautaa liukenee patoalueelle aiemmin saostuneista Fe-saostumista, jotka hajoavat olojen muuttuessa vähähappiseksi ja pelkistäväksi. Pitkällä ajalla läjityksen pelkistävä tila vähentää sulfidien hapettumista. Kuvassa 16 on esitetty arvio metallien ja rikin pidättymisestä itse kosteikkopuhdistamolla laskettuna vuoden 28 syyskuun tuloksista. Kunkin alkuaineen pidättymisprosentti (hävikki) on laskettu allasosan 1c ja altaan 2 ulosvirtaavan veden pitoisuuksien erotuksen prosenttiosuutena allasosan 1c ulosvirtaavan veden pitoisuudesta. Tehokkainta pidättyminen oli raudalla, yli 8 %. Sinkillä ja kuparilla se oli noin 6 % ja nikkelillä puolet pienempi, noin 3 %. Pidättyminen oli heikkoa myös rikillä ja mangaanilla noin 2 %. Kuparin, arseenin ja kadmiumin pitoisuudet suotovesi- ja allasvesinäytteissä olivat lähellä alimpia määritysrajoja tai niiden alle. Vuoden 28 toukokuussa yläpadon suotokohde oli lähes kokonaan kuiva ja suotautuminen painottui alapadolla. Tämä muutos keskitti suotovesikuormituksen allasosaan 1c (pohjoisin allasosa), minkä puhdistusteho oli heikompi kuin eteläisen allasosan 1b. Yleisesti kesän 28 runsaat sateet heikensi puhdistamon puhdistustehoa syksyllä. Heikentävä vaikutus näkyi voimakkaimmin pohjoisimmassa allasosassa 1c. Sen sijaan veden runsaus ei heikentänyt merkittävästi eteläisen allasosan 1b puhdistustehoa. Tutkimustulokset osoittivat, että useimpien metallien (Ni, Zn, Co, Cu) pidättyminen oli tehokkaampaa altaan pohjan kerrosrakenteissa kuin itse allasvedestä saostumalla. Pidätysmekanismeina on metallin adsorptio vedestä altaan pohjalle saostuviin rautasaostumiin ja/tai sitoutuminen orgaanisiin yhdisteisiin (turpeeseen). Lisäksi kosteikon pohjakerrosten pelkistävät olot luovat edellytykset metallisulfidien saostumiselle. Tästä viitteenä ovat huokosvesien negatiiviset redox-arvot ja pienet huokosveden metallipitoisuudet. (a) (b) Al Fe Mn Zn Co Ni Cd Cu As S Al Fe Mn Zn Co Ni Cd Cu As S Kuva 15. (a) Yläpadon ja (b) alapadon suotoveden metalli- ja rikkipitoisuuksien pieneneminen laskettuna vuoden 23 ja 27 pitoisuuksien erotuksen prosenttiosuutena (hävikki-%) vuoden 23 pitoisuuksista. pidättyminen (%) Suursuon kosteikkopuhdistamolla syyskuussa 28. Pidättymisprosentti on laskettu suotoveden ja altaalta 2 ulosvirtaavan veden alkuaineiden pitoisuuksien erotuksen prosenttiosuutena suhteessa suotoveden pitoisuuksiin.