Lahden kaupunki tekninen ja ympäristötoimiala Lahden seudun ympäristöpalvelut KYMIJÄRVEN MIXOX-HAPETUS VUONNA 215 Kuopiossa 16.9.215 Eeva Kauppinen Yrittäjäntie 12, 715 KUOPIO Puh. 17 279 86 Kotipaikka: Kuopio, Y-2596-8 tiedustelut@vesieko.fi www.vesieko.fi
2 1. Johdanto Lahden kaupungin ja Nastolan kunnan rajalla sijaitsevan rehevän Kymijärven vedenlaatua on seurattu vuodesta 1966 lähtien. Nykyisin näytteenotosta vastaa Lahden seudun ympäristöpalvelut ja analysoinnista Ramboll Analytics. Näytteitä on otettu pisteistä Rekolanpohja (343282-6764387) ja Lapinkivi (3435699-6762534). Näytteitä on otettu molemmista näytepisteistä 1-2 kertaa talviaikana ja 1-2 kertaa kesäaikana. Rekolanpohja vastaa Ympäristöhallinnon Hertta-tietokannassa ilmoitettua pistettä Myllypohja 1 ja Lapinkivi vastaa pistettä Kymijärvi keskiosa 1. Kymijärven syvänteitä vaivaa kesäaikainen ja ajoittain myös talviaikainen pohjanläheisen veden heikko happitilanne. Heikon happitilanteen seurauksena Rekolanpohjan sedimentistä vapautuvien ravinteiden (Kok.P) määrä lisääntyy erityisesti kesäaikana, nostaen pohjanläheisen veden fosforipitoisuutta. Rekolanpohjan syvänteellä ongelma on jokakesäinen ilmiö. Lapinkiven syvänteellä happiongelmia esiintyy melko säännöllisesti lopputalvella. Kesällä pohjanläheisen veden heikko happitilanne pääsee kehittymään silloin, kun syvänteen vesi kerrostuu päällys- ja pohjanläheisen veden lämpötilaerojen kasvaessa. Tuulille alttiin Lapinkiven syvänteen kesäaikainen lämpötilakerrostuneisuus purkautuu kuitenkin usein jo kesäkuun lopulla tai elokuun puolivälissä, nostaen pohjanläheisen veden happipitoisuutta. Kymijärven Rekolanpohjan syvänteen hapetus aloitettiin kesäkuussa 28 yhdellä Mixox MC 5-hapetinlaitteella (hapensiirtoteho noin 13 kgo 2/d, pumppausteho 15 m 3 /d, sähkönkulutus 14,4 kwh/d). Maaliskuussa 29 (19.3.29) Mixox MC 5-hapetinlaite vaihdettiin suurempitehoiseen Mixox MC-75-laitteeseen (hapetusteho noin 298 kgo 2/d, pumppausteho 35 m 3 /d, sähkönkulutus 26,4 kwh/d), sillä alustavan tarkastelun perusteella pienemmän laitteen hapetusteho ei ollut riittävä ja syvyysluotauksessa Rekolanpohjan syvännealueen havaittiin olevan tilavuudeltaan selkeästi aiempaa arviota suurempi. Hapetusurakoinnista vastaa Vesi- Eko Oy Water-Eco Ltd. Nykyinen hapetussopimus on voimassa toistaiseksi (1.1.212 alkaen). Liitteessä 1 on esitelty Mixox -hapetusperiaate. Liitteessä 2 on esitetty hapettimen sijainti, vedenlaadun tarkkailuhavaintopaikka ja syvyystiedot 13.1.28 tehtyyn luotaukseen perustuen. Tässä raportissa tarkastellaan hapetuksen vaikutuksia Kymijärven happitilanteeseen ja vedenlaatuun. Raportti perustuu ympäristöhallinnon Herttavedenlaatujärjestelmästä (Oiva - ympäristö- ja paikkatietopalvelu) haettuihin vedenlaatutietoihin, sekä Ramboll Finland Oy:n analysoimiin tuloksiin (näytteenottaja Lahden seudun ympäristöpalvelut) (vuoden 215 tulokset liitteenä 3). Raportissa tarkastellaan pääasiassa Rekolanpohjan (Myllypohja) syvänteen vedenlaatua.
3 2. Kymijärven hapettimen toiminta vuonna 215 Kymijärven Rekolanpohjan (Myllypohja) hapetin pysäytettiin syystäyskierron ajaksi 11.9.214 ja käynnistettiin talveksi 9.1.215. Hapetinta ei pysäytetty keväällä. Kaukovalvontatietojen perusteella Kymijärven hapetin toimi ilman katkoksia koko kesän 215. 2,5 Kymijärven Mixox MC 75 2 Mitattu virta (A) Virta-arvo, A 1,5 1,5 Kuva 1. Kymijärven Mixox MC 75-hapetinlaitteen virrankulutus hapetuskaudella 215. 3. Sää Vuosien välinen vaihtelu vedenlaadussa selittyy osittain säätilan vaihteluilla. Sateet lisäävät ravinnevalumia ja lämmin ja sateinen talvi näkyy vesistöissä seuraavan kesän kohonneina ravinnepitoisuuksina sekä mahdollisina voimakkaampina leväkukintoina. Vesijärvi jäätyi 23.12.214, eli noin 2 vrk aikaisemmin kuin edellisenä talvena. Talvi 215 oli tavallista leudompi, sillä kuukausikeskilämpötilat olivat tammihuhtikuussa 1,1-5,7 astetta vertailukauden vastaavan ajan keskiarvoja korkeampia. Tammikuu ja huhtikuu olivat lisäksi sateisia. Helmikuussa ja maaliskuussa sademäärät olivat Lahden seudulla keskimääräiset. Talvi oli vähäluminen. Jäät lähtivät 12.4.215, eli samoihin aikoihin kuin keväällä 214 (Hertta tietokanta). Jääpeitteisen ajan pituus oli noin 19 päivää. Kevät 215 alkoi viileänä, sillä toukokuussa kuukauden keskilämpötila oli alle vertailukauden keskiarvon. Viime vuosilta tutut toukokuun helteet jäivät tällä kertaa tulematta. Toukokuu oli lisäksi sateinen. Sama säätyyppi jatkui myös kesäkuussa Yhteenveto vuoden 215 ilman lämpötiloista ja sadannasta Lahdessa on esitetty kuvassa 2. Lähde: Suomen Ilmatieteen laitoksen ilmastokatsaus. Lämpötila- ja sadantatietoja on verrattu kauden 1981-21 keskiarvoon.
4 Kuukauden keskilämpötila, o C Vuoden keskilämpötila, o C Lahti 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4-2 2-4 -1-8 -6-12 -14-16 8, 6, 4, 2,, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1981-21 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 21 211 212 213 214 Kuukauden sademäärä, mm Vuoden sadesumma (mm) Lahti 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1981-21 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 21 211 212 213 214 Kuva 2. Kuukauden keskilämpötila ja sademäärät Lahden seudulla vuosina 21-215, sekä vertailukaudella 1981-21. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1981-21 21 211 212 213 214 215 Kuukaudet 4. Tulokset Lämpötila o C Kokonaisfosfori, µg/l Kymijärven Rekolanpohjan hapetussyvänteeltä otettiin vesinäytteet 13.3., 17.4., 12.8. ja 31.8.215. Lapinkiven syvänteen vesinäytteet otettiin 13.3. ja 12.8.215. 25 2 15 1 1m Rekola (H) p- Rekola (H) p-1m Lapink. 5 7 6 5 4 3 2 1 25.2.15 27.3.15 26.4.15 26.5.15 25.6.15 25.7.15 24.8.15 1m Rekola (H) p- Rekola (H) p-1m Lapink. 25.2.15 27.3.15 26.4.15 26.5.15 25.6.15 25.7.15 24.8.15 23.9.15 23.9.15 Happi, mg/l Kokonaistyppi, µg/l 14 12 1 8 6 4 2 1m Rekola (H) p- Rekola (H) p- Lapink. 25.2.15 2 175 15 125 1 75 5 25 25.2.15 27.3.15 27.3.15 26.4.15 26.4.15 26.5.15 26.5.15 25.6.15 25.6.15 25.7.15 25.7.15 24.8.15 24.8.15 23.9.15 1m Rekola (H) p- Rekola (H) p-1m Lapink. Kuva 3. Kymijärven Rekolanpohjan (Rekola (H) ja Lapinkiven lämpötila, happi, kokonaisfosfori- ja -typpipitoisuus vuonna 215. 23.9.15
5 a. Talvi Maaliskuun havaintokerralla Rekolanpohjan hapetussyvänteen pohjanläheinen vesi oli melko lämmintä, 3 asteista (kuva 3). Vesi oli lämpimämpää kuin neljänä viime vuotena vastaavaan aikaan (kuva 4). Pohjan lähellä ei havaittu hapettomuutta eikä fosforipitoisuuksien nousua. Pohjanläheisen veden happipitoisuus oli 4,g/l ja kokonaisfosforipitoisuus 16 µg/l ( 11 µg/l). Lapinkiven vertailusyvänteen pohjanläheisessä vedessä oli happea,5 mg/l, mutta kokonaisfosforipitoisuuden perusteella merkittävää sisäistä kuormitusta ei havaittu. Pohjanläheisen veden kokonaisfosforipitoisuus oli 19 µg/l ja päällysveden noin 8 µg/l. Huhtikuun puolivälin havaintokerralla vesimassa oli Rekolanpohjan hapetussyvänteessä tasalämpöistä ja happitilanne oli erinomainen. Lämpötila, o C 5 4 3 2 1 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 p- Hapetuksen aloitus 6.28 Happi mg/l 14 12 1 8 6 4 2 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 p- Kokonaisfosfori µg/l 7 6 5 4 3 2 1 p- Kokonaistyppi µg/l 16 14 12 1 8 6 4 2 p- Sähkönjohtavuus ms/m 27.2.1992 9.2.1993 9.3.1993 29.3.1999 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 2 15 1 5 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 p- 7,2 7,1 7 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 24.2.2 8.2.21 3.4.22 16.4.23 16.3.24 23.3.25 15.2.26 4.4.26 14.3.27 26.2.28 19.3.29 3.2.21 17.3.21 31.3.211 2.3.212 13.3.213 5.3.214 13.3.215 Kuva 4. Kymijärven Rekolanpohjan hapetussyvänteen talviaikaiset lämpötilat, happi-, kokonaisfosfori- ja kokonaistyppipitoisuudet, sekä sähkönjohtokyky ja ph päällys ()- ja alusvedessä (p-) vuosina 2 215. Punainen katkoviiva kuvaa hapetushoidon aloitushetkeä (kesäkuu 28). ph p-
6 b. Avovesikausi Elokuun puolivälissä (12.8.215) Rekolanpohjan hapetussyvänteen pohjanläheisen veden happipitoisuus oli 1,4 mg/l. Lapinkiven vertailusyvänteessä oli vastaavaan aikaan happea,2 mg/l. Elokuun lopulla (31.8.215) Rekolanpohjan syvänteen happitilanne oli jo kohentunut täyskierrosta johtuen. Syvänteen pohjanläheiseen veteen liuennut happi on voinut loppua ennen täyskierron alkua, mutta täysin hapeton hetki on kuitenkin jäänyt korkeintaan viikon-parin mittaiseksi. 12.8.215 havaintokerralla molempien havaintopaikkojen pohjanläheisen veden kokonaisfosforipitoisuus oli koholla päällysveteen verrattuna. Rekolanpohjan syvänteellä pitoisuusero oli kuitenkin pieni ( 25 µg/l, p-1m 35 µg/l). Lapinpohjan syvänteellä sisäinen kuormitus oli voimakkaampaa heikommasta happitilanteesta johtuen ( 36 µg/l, p-1m 66 µg/l). Lämpötila, o C 25 2 15 1 5 p- Happi mg/l 14 12 1 8 6 4 2 p- Kokonaisfosfori µg/l 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 12.8.215 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 12.8.215 25 2 15 1 5 p- Kokonaistyppi µg/l 3 25 2 15 1 5 p- 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 12.8.215 Sähkönjohtavuus ms/m 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 12.8.215 25 2 15 1 5 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 p- 8,8 8,6 8,4 8,2 7,8 8 7,6 7,4 7,2 6,8 7 6,6 6,4 8.8.2 14.8.21 7.8.22 18.8.23 17.8.24 22.8.25 21.8.26 22.8.27 3.7.28 13.8.29 12.8.21 11.8.211 13.8.212 4.7.213 2.8.213 25.8.214 Kuva 8. Kymijärven Rekolanpohjan hapetussyvänteen loppukesän aikaiset (heinäelokuu) lämpötilat, happi-, kokonaisravinnepitoisuudet, sähkönjohtavuus ja ph päällys ()- ja alusvedessä (p- = 8 m) vuosina 2-215. Punainen katkoviiva kuvaa hapetushoidon aloitushetkeä (kesäkuu 28). ph p-
7 5. Yhteenveto ja johtopäätökset Kymijärven Rekolanpohjan syvännettä on hapetettu kesäkuusta 28 lähtien. Hapetuksen avulla alusvesi pyritään pitämään hapellisena sisäisen kuormituksen estämiseksi ja järven vedenlaadun parantamiseksi. Hapetushoidossa käytettiin aluksi Mixox MC 5-hapetinlaitetta, mutta sen kesäaikainen hapetusteho oli liian pieni. Talviaikaiseen hapetukseen hapettimen hapetusteho olisi todennäköisesti ollut riittävä. Maaliskuussa 29 syvänteeseen vaihdettiin suurempitehoinen Mixox MC 75-hapetinlaite. Vuosien 29-215 tulosten perusteella voidaan todeta, että nykyisen Mixox MC 75- hapetinlaitteen teho on talvella riittävä, mutta kesällä niukka. Lyhytaikaisetkin hapettimen pysähdykset ja vuosien väliset erot mm. helteistä johtuen vaikuttavat merkittävästi alusveden happitilanteeseen. Hapetuksen vaikutuksesta sedimentin ravinteidenpidätyskyky on hiljalleen parantunut. Lisäksi hapettomat kaudet ovat lyhentyneet syystäyskierron alkaessa normaalia aikaisemmin. Vuonna 214 pohjanläheisen veden hapeton jakso kesti arviolta 2 viikkoa ja vuonna 215 noin viikon, kun se hapetusta edeltävinä vuosina on voinut olla jopa 3 kk. Kymijärven hapetusta voidaan jatkaa nykyisellä, hapetustarpeen niukasti täyttävällä Mixox 75-laitteella. Kuopiossa 16.9.215 Erkki Saarijärvi Toimitusjohtaja, limnologi Lähteet: Kauppinen, E. ja Saarijärvi, E. 27. Kymijärven hapetussuunnitelma. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd. Lappalainen, K.M. 1998: Tuusulanjärven happitilanteen parantamismahdollisuuksia. Vesi-Eko Oy, Kuopio. 21 s. Tolonen, K.T., 212. Alusveden hapetuksen vaikutukset Kymijärven syvännepohjaeläimistöön PHOSLOCK-käsittelyä edeltävä tila syksyllä 211. Jyväskylän yliopiston Ympäristöntutkimuskeskus, tutkimusraportti 39/212.
LIITE 1. Mixox hapetusmenetelmä Hapettamisen tarkoituksena on ylläpitää pohjanläheisen veden happipitoisuutta tarpeeksi korkeana, jotta hapettomuudesta johtuvan ns. sisäisen kuormituksen seurauksena sedimentistä veteen vapautuvien ravinteiden määrä vähenisi. Pohjan pysyessä hapellisena, viihtyvät siellä myös järven kannalta tärkeät pohjaeläimet, jotka pohjaa pöyhiessään kuljettavat happea syvemmälle sedimenttiin, parantaen siten edelleen pohjan tilaa. Hapetuksen avulla pyritään myös elvyttämään pohjan aerobista (hapellinen) hajotustoimintaa, ja sitä kautta estämään anaerobisissa prosesseissa syntyvien haitallisten aineiden syntymistä (rikkivety, metaani, ammonium). Sedimentin metaanin tuotannon vähentyessä kaasukuplien aiheuttama sedimentin resuspensio vähenee, vähentäen samalla sedimentistä veteen vapautuvien ravinteiden määrää. Järvissä alusveden ja päällysveden lämpötilaerot aiheuttavat kesällä ja talvella voimakkaan tiheyseron vesikerrosten välille, estäen siten hapen luonnollisen siirtymisen pinnalta pohjalle. Mixox-hapetusmenetelmä perustuu hapekkaan ja kevyemmän päällysveden pumppaamiseen pohjan lähelle kerrosteisuuskausien aikana. Syksyllä ja keväällä, kun järven vesi on tasalämpöistä ja tuulet pääsevät sekoittamaan sitä, Mixox-hapetuspumppu voi olla pysähdyksissä. Pohjalle pumpattavaan päällysveteen ei lisätä ilmaa tai happea kuten ilmastimissa, joten laitteen energiantarve on pienempi (Mixox MC 75 11,3 kgo 2/kWh päällysveden happipitoisuuden ollessa 8,5 mg/l, ilmastin yleensä 1 kg/1 kwh). Menetelmän luonteesta johtuen Mixox-hapetus ei sovellu talviaikaiseen käyttöön sellaisissa järvissä, joista happi saattaa loppua kokonaan ennen kevättä. Kun hapekasta päällysvettä johdetaan vähähappiseen tai hapettomaan alusveteen, happea siirtyy virtauksen ja päällysveden happipitoisuuden tulon mukainen määrä. Alusveteen pumpattu päällysvesi sekoittuu tiheyserojen vuoksi tehokkaasti (kuva 3). Kevyemmän ja raskaamman veden seos nousee väliveteen ja kääntyy horisontaalisesti aiheuttaen alusveden kiertovirtauksen. Lopputuloksen alusveden tilavuus kasvaa ja sen lämpötila laskee talvella ja nousee kesällä. Mixox -hapetusmenetelmä.
4 8 1 2 1 6 m Mittakaava 1:24 Peruskarttalehti: 31116 Koordinaatisto: YKJ Nurkkakoordinaatit: 3431464, 676611 3438176, 6765437 /J.H./13.1.28
LIITE 3. Näytteen nimi Ottopäivä Näytesyv. Näkösyv. Maks.- syv. Lämpötila Fek. Koliformit (44 C 24 h) Sameus ph Väriluku Sähkönjohtavuus Happipitoisuus (O2) Hapen kyllästysprosentti Kiintoaine (GF/C) CODMn Typpi (N), kokonais- Fosfori (P), kokonais- Kloro-fyllia pvm m m m C pmy/l NTU mg Pt/l ms/m mg/l % mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l Rekolanpohja 52 13.3.15 1 2,7 9,3 1,7 25 6,8 11 1,9 78 4,9 72 11 Rekolanpohja 52 13.3.15 8 3 25 6,7 16 4,1 3 4,9 69 16 Rekolanpohja 52 17.4.15 1 2,3 4,2 2,4 2 6,9 12 9,8 75 2,6 5 6 14 Rekolanpohja 52 17.4.15 7,5 2,3 4,2 2,6 2 6,9 12 1 77 2,2 4,9 59 15 Rekolanpohja 52 12.8.15 1 1,5 8,5 22 3 8,5 13 11,8 135 6,3 52 25 Rekolanpohja 52 12.8.15 7,5 17,8 35 6,8 13 1,4 15 6,1 47 35 Rekolanpohja 52 12.8.15-2 14 Rekolanpohja 52 (1 m) 31.8.15 1 8,9 18 6 5,4 7,4 7,9 83 5,4 54 32 Rekolanpohja 52 (1 m+pohja) 31.8.15 8 8,9 18 5 6,7 7,2 7,4 78 6,6 <5 35 Lapinkivi 534 13.3.15 1 4 1,4 2 1 6,9 13 11 8 4,5 63 7,6 Lapinkivi 534 13.3.15 9 4,2 55 6,7 18,5 4 5,2 11 19 Lapinkivi 534 12.8.15 1 1,5 9,8 21,5 3 8,4 13 1,1 114 7,1 6 36 Lapinkivi 534 12.8.15 9 17 1 7 17 <,2 <2 8,4 18 66 Lapinkivi 534 12.8.15-2 18