Kenttäkokeiden puhdistustehon ja kustannusten arviointia Humusvesi -loppuseminaari Veli Seppänen, Pentti Pirkonen, Juha Heikkinen VTT Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus NRM Natural Resource Management
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 18.11.2014 2
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 18.11.2014 3
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??? 18.11.2014 4
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 18.11.2014 5
Teollisen hiekkasuodattimen periaate ja sovellusesimerkki 18.11.2014 6
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 18.11.2014 7
Suodatettu vesistöön Pumppuallas M2 M1 Hiekkasuodatin Virtaaman tasausallas Pesuvesi Metsä Vanhoja metsäojia 8
suodatin Pumppuallas M1 M2 Pesuvesi metsän kasteluvedeksi Vesistöön
10
PVK2 pintavalutuskentän yläpuolinen mittakaivo Voitaisiin pumpata ohi 18.11.2014 11
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 35 000 35 000 35 000 35 000 35 000 35 000 35 000 Virtaaman säätö (max 20000m 3 ) 26 000 26 000 26 000 26 000 26 000 26 000 26 000 Virtaaman tasausallas, 40000 m 3 30 000 30 000 30 000 30 000 Laskeutusallas 10 000 10 000 10 000 Pintavalutuskenttä: ojitettu, pumppaus 140 000 140 000 Puhdistinreaktori 200 000 200 000 200 000 50 000 Vesiputkistojen rakentaminen 4 300 4 300 4 300 4 300 Veden syöttöpumput 5 000 5 000 5 000 5 000 Kemikaliointi ympärivuotinen 220 000 Kemikaalien säiliö ja syöttö 50 000 50 000 50 000 0 Paineilmapumppu 2 000 2 000 2 000 2 000 Hiekkapanos 2 000 2 000 2 000 6 000 Perustus+kevythalli 50 000 50 000 50 000 50 000 Selkeytysallas 0 Lieteallas/johtaminen metsäalueelle 5 000 5 000 5 000 5 000 3 000 5 000 3 000 Sähkölinja 6 000 6 000 6 000 6 000 Sähköliittymä 25 000 25 000 25 000 25 000 Sähköistys agregaatilla 46 500 0 0 0 Automaatio 5 000 5 000 5 000 5 000 Kalkinlevitystie 3 000 Kalkkikivipatja 4 000 Investoinnit yhteensä 460 800 445 300 445 300 249 300 214 000 331 000 217 000 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 36 976 35 732 35 732 20 004 17 172 26 560 17 413 Käyttökustannukset/a 43 352 31 989 34 000 22 400 19 845 40 910 33 585 Käsiteltävä vesimäärä 400 000 m3/a 400 000 m3/a 400 000 m3/a 400 000 m3/a 400 000 m3/a 400 000 m3/a 400 000 m3/a Pumppausaika 5 000 h/a 5 000 h/a 5 000 h/a 5 000 h/a 1 000 h/a 5 000 h/a 1 000 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 1 000 h 1 000 h 1 000 h Aggregaatin huoltohinta kerralta 200 200 200 Sähkön hinta, alv 0% 0,15 /kwh 0,15 /kwh 0,15 /kwh 0,15 /kwh Sähkö verkosta 3 750 /a 3 750 /a 3 000 /a 3 750 /a Sähkö aggregaatilla 15 113 /a 5 845 /a 5 845 /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 450 40 /t Kemikaalikustannus 8 839 /a 8 839 /a 11 250 /a 0 /a 18 000 8 000 /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 1 000 /a 1 000 /a 1 000 /a 1 000 /a 500 /a 1 000 /a 500 /a Henkilökustannukset 15 000 /a 15 000 /a 15 000 /a 15 000 /a 10 000 /a 15 000 /a 15 000 /a Valvontamittauskustannukset 3 000 /a 3 000 /a 3 000 /a 3 000 /a 3 000 /a 3 000 /a 3 000 /a Vuotuiset kokonaiskustannukset 80 328 /a 67 721 /a 69 732 /a 42 404 /a 37 017 /a 67 470 /a 50 998 /a 12
Puhdistusmenetelmien arvioidut vuosikustannukset 100 ha 18.11.2014 13
Kustannuseroja pintavalutukseen nähden 1. Pintavalutuskentän tehostamisehdotuksia a. Syötön tasaus tasausaltaalla ( investointi 30 000 /30 000 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 (+10 000 /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 (+40 000 /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 18.11.2014 14
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 37 000 /a 37 000 /a 37 000 /a 42 000 /a 67 000 /a 68 000 /a Kiintoaine 3 100 mg/l TOC 10.150 mg/l Kokonaisfosfori 10..150 µg/l Kokonaistyppi 100..2000 µg/l ph 7 3 Puhdistusmenetelmän valinnassa tulisi ottaa huomioon Alapuolisen vesistön pitoisuudet Ennuste tuotantoalueen veden pitoisuuksista Käytettävissä olevien maa-alueiden laatu puhdistusmenetelmää varten 18.11.2014 15