Luonnonmukaiset biosuodatusratkaisut hulevesien ravinne-, raskasmetalli- ja mikromuovikuormituksen hallinnassa Uutta tutkimustietoa Hule S&C - hankkeesta Vesistökunnostusverkoston seminaari 3.6.2019 Juhani Järveläinen, Lahden kaupunki lahti.fi/puhdashulevesi 1
Esityksen sisältö Hanke-esittely Biosuodatuksesta lyhyesti Pilottikohteiden (2 kpl) esittely Tausta, tavoitteet Tutkimustulokset Yhteenveto lahti.fi/puhdashulevesi 2
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
Hankeorganisaatio Osatoteuttajat Yhteystyökumppanit Toteutuksessa myös mukana lahti.fi/puhdashulevesi 4
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. 2018 Sci. Tot. Env. 625: 1644-1658 lahti.fi/puhdashulevesi 5
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
Järjestelmä rakennettiin kesällä 2018 lahti.fi/puhdashulevesi 7
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
Hulevedessä runsaasti kiintoainetta 97-100% 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
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
Hulevedessä paljon kokonaismetalleja, joista 80-100% pidättyi, esim: Kupari Nikkeli Kromi Lyijy kasvillinen kasviton lahti.fi/puhdashulevesi 11
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
Hulevesikastelujen jälkeen Mikromuovikastelu valossa pimeässä 13
Yhtään mikromuovia ei 5 viikon aikana huuhtoutunut rakenteiden läpi, muovi kerääntyi erityisesti juurikanaviin Kuvat: prof. Stephan Pflugmacher Lima valossa pimeässä lahti.fi/puhdashulevesi 14
Pilottikohde 2: Merituulentie (Espoo) lahti.fi/puhdashulevesi 15
Niittykummun hulevesien hallinta biopidätysaltaat (4 kpl) vaihtoehtona lahti.fi/puhdashulevesi 16
Tutkimuksen tavoitteet Biosuodatuksen vaikutus huleveden määrään ja laatuun Huleveden laadun mittareiden tarkastelu Alkuhuuhtouman tarkastelu Oppeja rakenteen toiminnasta lahti.fi/puhdashulevesi 17
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
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
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 564 13 197 6 1494 583 Keskimääräinen pitoisuus, ulos 9 8 73 41 1102 847 Keskimääräisen pitoisuuden muutos -98,4 % -40,5 % -62,9 % 606,0 % -26,3 % 45,4 % Puhdistustarpeen raja-arvo, kirjallisuus 40 160 2000 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 10 21 47 142 7 11640 227 34 3 Keskimääräinen pitoisuus, ulos 1 5 16 44 3 915 42 3 3 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 10 18 15 75 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 1 1 5 12 1 44 1 1 Keskimääräinen pitoisuus, ulos 1 2 10 23 6 206 2 2 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
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 0 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 1 2 3 4 5 lahti.fi/puhdashulevesi 21
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
Kiitos! Juhani Järveläinen, Lahden kaupunki Juhani.jarvelainen@lahti.fi Lisätietoja: - Hankkeen nettisivut: www.lahti.fi/puhdashulevesi - Loppuseminaarin materiaalit! - Vesitalouslehden teemanumero 2/2019 - Nordiwa 2019 Helsingissä 23 25. syyskuuta lahti.fi/puhdashulevesi 23