Luonnonmukaiset biosuodatusratkaisut hulevesien ravinne-, raskasmetalli- ja mikromuovikuormituksen hallinnassa

Transkriptio

1 Luonnonmukaiset biosuodatusratkaisut hulevesien ravinne-, raskasmetalli- ja mikromuovikuormituksen hallinnassa Uutta tutkimustietoa Hule S&C - hankkeesta Vesistökunnostusverkoston seminaari Juhani Järveläinen, Lahden kaupunki lahti.fi/puhdashulevesi 1

2 Esityksen sisältö Hanke-esittely Biosuodatuksesta lyhyesti Pilottikohteiden (2 kpl) esittely Tausta, tavoitteet Tutkimustulokset Yhteenveto lahti.fi/puhdashulevesi 2

3 Hule S&C -hanke pähkinänkuoressa Hanketta toteutettu seitsemässä pilottikohteessa Hulevesien laadullisen hallinnan suunnittelu- ja rakennuskohteita Toimintaa seurattu ja dokumentoitu Tuotekehitysalusta yrityskumppaneille Toimijoiden välisen yhteistyön kehittäminen Toteutusaika 1/2018 4/2019 Uudenmaan liitto rahoittaa hanketta (AIKO-rahoitus) Kokonaisbudjetti n. 1,3 M Suunnittelu, rakentaminen, seuranta, dokumentointi lahti.fi/puhdashulevesi 3

4 Hankeorganisaatio Osatoteuttajat Yhteystyökumppanit Toteutuksessa myös mukana lahti.fi/puhdashulevesi 4

5 Biosuodatus Biosuodatuksella tarkoitetaan huleveden johtamista ja suodattamista kasvillisuuden peittämien maarakenteiden ja mahdollisesti erilaisten suodatusmateriaalien läpi, jolloin epäpuhtauksia pidättyy biologisten, kemiallisten ja mekaanisten prosessien kautta. Suodatusmateriaalien tehokkuus eri haitta-aineiden puhdistamisessa? Toimivat rakenteelliset ratkaisut? Piirros: Mohanty et al Sci. Tot. Env. 625: lahti.fi/puhdashulevesi 5

6 Pilottikohde 1: Hennala (Lahti) Kehittyvälle alueelle rakennettu hulevesijärjestelmä Käsiteltäviä hulevesiä sekä alueen omalta valumaalueelta että Lahden keskustasta (tulevaisuudessa) Tarve puhdistaa hulevesistä erityisesti fosforia ja raskasmetalleja Biosuodatus Suodatusmateriaalien testaus esikokein ennen rakennusvaihetta (HY) Hennalan varuskunta-alue Lahden keskusta lahti.fi/puhdashulevesi 6

7 Järjestelmä rakennettiin kesällä 2018 lahti.fi/puhdashulevesi 7

8 Rakentamista edelsi 17 viikon koe viidellä eri suodatusmateriaalilla (HY toteuttaja) Kasvillisuus: viiruhelpi, Phalaris arundinacea Leca-murske (Leca) Kuusipohjainen biohiili Leca-murskeeseen sekoitettuna (Leca+bc) - biohiiltä 30% tilavuudesta Filtralite P (Filt) Betonimurske (Beto) Perinteinen suodatushiekka (Hiek) kutakin 5 kasvillista ja 1 kasviton, yht. 30 koeastiaa Poistoletkut rakenteiden läpi suotautuneen huleveden keräämiseksi 8

9 Hulevedessä runsaasti kiintoainetta % pidättyi huleveden pitoisuus kasvillinen kasviton suodatetun veden pitoisuus Valuntatapahtumien keskimääräiset pitoisuudet, joissa huomioitu veden määrä (ns. EMC-arvot). Tuloksissa molemmat kastelut yhdistetty keskiarvoiksi. lahti.fi/puhdashulevesi 9

10 Hulevedessä paljon kokonaisfosforia, joka pidättyi tehokkaasti Kokonaisfosfori Fosfaattifosfori PO 4 kasvillinen kasviton pidättyminen: 85% 75% 99% 95% 96% Sisään menneestä kokonaisfosforista 0-20% suotautui ulos liukoisena fosfaattina (Kokonaispitoisuus = mukana sekä partikkeleihin sitoutuneet että liuenneet aineet) lahti.fi/puhdashulevesi 10

11 Hulevedessä paljon kokonaismetalleja, joista % pidättyi, esim: Kupari Nikkeli Kromi Lyijy kasvillinen kasviton lahti.fi/puhdashulevesi 11

12 Suodattuneessa vedessä yhtä paljon tai enemmän typpeä kuin hulevedessä Kokonaistyppi Kasvit pidättivät nitraattia (t-testi p = 0.038) Nitraatti kasviton kasvillinen lahti.fi/puhdashulevesi 12

13 Hulevesikastelujen jälkeen Mikromuovikastelu valossa pimeässä 13

14 Yhtään mikromuovia ei 5 viikon aikana huuhtoutunut rakenteiden läpi, muovi kerääntyi erityisesti juurikanaviin Kuvat: prof. Stephan Pflugmacher Lima valossa pimeässä lahti.fi/puhdashulevesi 14

15 Pilottikohde 2: Merituulentie (Espoo) lahti.fi/puhdashulevesi 15

16 Niittykummun hulevesien hallinta biopidätysaltaat (4 kpl) vaihtoehtona lahti.fi/puhdashulevesi 16

17 Tutkimuksen tavoitteet Biosuodatuksen vaikutus huleveden määrään ja laatuun Huleveden laadun mittareiden tarkastelu Alkuhuuhtouman tarkastelu Oppeja rakenteen toiminnasta lahti.fi/puhdashulevesi 17

18 Mittausjärjestelyt 1/2 Hiekka- ja biohiili+sora -rakenteet Sisään ja ulos Vain autotieltä tuleva vesi Jatkuvatoimiset mittaukset Sadanta Virtaama Sameus Sähkönjohtokyky Aikaväli: 1 minuutti Kuva: Ramboll Oy lahti.fi/puhdashulevesi 18

19 Mittausjärjestelyt 2/2 Näytteenotto 10x litran näytettä per mittauspiste per sadetapahtuma Aluksi tarkoituksena käsinäytteenotto, siirryttiin automatisoituun (kuvassa) Näytteet laboratorioon Sameus, sähkönjohtokyky, ph Kiintoaine Ravinteet (fosfori, P/PO4, typpi, N/NOx) Orgaaninen hiili (TOC) Metallit (10 eri metallia, kokonais- ja liukois-) Sensmetin alkuaineanalysaattori lahti.fi/puhdashulevesi 19

20 Tulokset: Pitoisuuksien muutokset Kokonaisfosfori Fosfaatti Kokonais- Nitraatti Kiintoaines TOC (P/PO4) typpi (N/Nox) mg/l mgc/l µg/l µg/l µg/l µg/l Keskimääräinen pitoisuus, sisään Keskimääräinen pitoisuus, ulos Keskimääräisen pitoisuuden muutos -98,4 % -40,5 % -62,9 % 606,0 % -26,3 % 45,4 % Puhdistustarpeen raja-arvo, kirjallisuus Co Cr Cu Mn Ni Fe Zn V As µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l Keskimääräinen pitoisuus, sisään Keskimääräinen pitoisuus, ulos Keskimääräisen pitoisuuden muutos -88,7 % -74,6 % -65,5 % -68,7 % -63,4 % -92,1 % -81,3 % -90,3 % -10,6 % Puhdistustarpeen raja-arvo, kirjallisuus Co Cr Cu Mn Ni Fe V As liukoinen liukoinen liukoinen liukoinen liukoinen liukoinen liukoinen liukoinen µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l Keskimääräinen pitoisuus, sisään Keskimääräinen pitoisuus, ulos Keskimääräisen pitoisuuden muutos -55,5 % 54,6 % 75,2 % 80,5 % 565,9 % 364,2 % 36,8 % 83,6 % Puhdistustarpeen raja-arvo, kirjallisuus lahti.fi/puhdashulevesi 20

21 Kertynyt massa / kokonaismassa Kertynyt massa / kokonaismassa Tulokset: Alkuhuuhtouma, onko sitä? Yleinen olettama, että valtaosa kadun huleveden haitta-aineista kulkeutuu sadetapahtuman alussa Kiintoaineen alkuhuuhtouma, näytteet 1 Kiintoaineen alkuhuuhtouma, sameus 1 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 Virtaaman kertymä / kokonaisvirtaama 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Virtaaman kertymä / kokonaisvirtaama Lineaarinen 1 2 Lineaarinen lahti.fi/puhdashulevesi 21

22 Yhteenveto Huleveden sisältämät haitta-aineet ovat suurelta osin sitoutuneina kiintoaineeseen Käsittelytarve hulevesille on olemassa mitattujen haittaainepitoisuuksien perusteella arvioituna Kaikki tutkitut suodatusmateriaalit ja kasvillisuus poistivat haittaaineita hulevedestä: kiintoainetta, mikromuovia, ravinteita, metalleja Perinteinen hiekka suoriutui testeissä erityisen hyvin: pidättää sekä ravinteita että metalleja Alkuhuuhtoumailmiöstä ei tutkimuksellista näyttöä Suomen olosuhteissa -> ei kannata ottaa sinällään suunnittelun perustaksi lahti.fi/puhdashulevesi 22

23 Kiitos! Juhani Järveläinen, Lahden kaupunki Lisätietoja: - Hankkeen nettisivut: - Loppuseminaarin materiaalit! - Vesitalouslehden teemanumero 2/ Nordiwa 2019 Helsingissä syyskuuta lahti.fi/puhdashulevesi 23