Puhdistamoiden toimivuustutkimus 6 Katriina Kujala-Räty 6.1 Yleistä Hajasampo-projektiin keskeisesti kuuluneen toimivuustutkimuksen tavoitteena oli luotettavan tiedon saaminen erityyppisten pienten jätevedenpuhdistamoiden toimivuudesta. Jäteveden kiinteistökohtaisina käsittelymenetelminä on käytetty yleensä maapuhdistamoita ja pieniä tehdasvalmisteisia pakettipuhdistamoita. Aiemmin tehtyjen selvitysten tuloksista on ilmennyt, että puhdistamoiden toimivuus vaihtelee suuresti. Hyvä tulos voidaan teoriassa saavuttaa, mutta käytäntö tuo mukanaan erilaiset häiriötilanteet, joita ei ylläpidon ja valvonnan puuttuessa huomata. Hajasampo-projektin toimivuustutkimuksessa pyrittiin riittävän luotettavin, laajoin ja perusteellisin analyysein ja toimivuustarkastuksin selvittämään, miten kiinteistökohtainen jätevedenkäsittely toimii normaaleissa käyttöolosuhteissa. Erilaisten pienpuhdistamoiden puhdistustuloksen lisäksi haluttiin tietoa siitä, mitkä tekijät huonontavat puhdistustulosta ja mitä on otettava huomioon hyvän toimivuuden saavuttamiseksi. Tutkimuksen avulla haluttiin myös kehittää uusia käsittelymenelmiä ja puhdistamotyyppejä. Yritysten suorittama tuotekehitys olikin tärkeä Hajasampo-projektin toimivuustutkimuksen tavoite. Tutkittavista puhdistamoista osa oli rakennettu Hajasampo-projektin yhteydessä vuosina 1998-2000. Osa taas oli rakennettu aiemmin 1990 -luvulla. Puhdistamoita oli alunperin mukana 63 kappaletta ja niitä tutkittiin joko kahden tai kuuden kuukauden välein. Puhdistamoita sijaitsi sekä Lounais-Suomen että Pirkanmaan alueilla. Jotta saadut tulokset olisivat yleistettävissä, pyrittiin samantyyppisiä puhdistamoita saamaan tutkimukseen useita. Tutkittaville puhdistamoille oli kaksi edellytystä: Niiden rakenteista ja laitteista tuli olla olemassa piirustukset tai muutoin tarkat tiedot ja näytteenoton tuli olla luotettavasti järjestettävissä. Näytteenottokohdat selvitettiin puhdistamoittain ja uusiin puhdistamoihin asennettiin rakennustyön yhteydessä lähtevän jäteveden näytteenottoputket. Toimivuustutkimuksen yhteydessä tehtiin erilliset, lyhyehköt selvitykset tulevan jäteveden laadusta ja puhdistustuloksen vaihtelusta päivän aikana. Tässä Hajasampo-projektin loppuraportissa on esitetty puhdistamoiden toimivuuden keskeiset tulokset. Laajempi raportti haja-asutuksen jätevesien käsittelyn toimivuudesta, jossa on esitetty yksityiskohtaisemmat puhdistamokohtaiset tulokset ja tuloksiin vaikuttaneita tekijöitä, julkaistaan erikseen. 6.2 Tulevan jäteveden laatu Tulevan jäteveden laatua selvitettiin, koska haluttiin tietoa siitä, mikä on saostuskaivojen puhdistusteho eli mikä on jätevesien käsittelyn taso ja jäteveden aiheuttama kuomitus ennen jätevesien käsittelyn parantamistoimenpiteitä. Samalla selvitettiin, miten paljon eri kiinteistöjen saostuskaivoista lähtevän jäteveden laatu 70
vaihtelee. Todellista tulevaa jätevettä eli kiinteistöstä saostuskaivoon menevää jätevettä ei tutkittu, koska luotettavan näytteen saaminen olisi ollut mahdotonta käytettävissä olevilla menetelmillä. Saostuskaivoista lähteviä jätevesiä tutkittiin ensimmäisen kerran syksyllä 1998. Näytteet otettiin tunnin välein kerättyinä kokoomanäytteinä kello 8-16. Tuloksista havaittiin seikka, joka oli ollut odotettavissa aikaisemman tiedon perusteella: Vaikka näytteet oli otettu kokoomanäytteinä ja vaikka rakennuksesta tulevan jäteveden periaatteessa pitäisi laadultaan tasaantua riittävän viipymän ja virtausta ohjaavan hydrauliikan omaavassa saostuskaivossa, silti saostuskaivoista lähtevän jäteveden laatu vaihteli runsaasti. Tästä olisi saattanut vetää johtopäätöksen, että eri kotitalouksien saostuskaivoista lähtevä jätevesi todella on erilaista. Koska oli aihetta epäillä näin suuria eroja, otettiin toiset näytteet syksyllä 2000. Taulukko 6.1. Saostuskaivoista lähtevän jäteveden laadun vaihtelu 71
Kaikkien analyysien tulokset ja niiden tilastolliset muuttujat on esitetty taulukossa 6.1. Niiden kiinteistöjen tulokset, joista jätevesinäytteet on otettu kahdesti, on esitetty lisäksi taulukossa 6.2. Tuloksista selviää, että samankin kotitalouden saostuskaivoista lähtevä jätevesi voi olla hyvin erilaista eri päivinä. Puhdistamolle tulevan jäteveden pitoisuuden arvioiminen yhden päivän kokoomanäytteen perusteella ei siis välttämättä anna oikeaa kuvaa jäteveden keskimääräisestä laadusta. Kotitalouksissa eri ajankohtina muodostuvat erilaiset jätevedet, jotka ovat seurausta esimerkiksi suihkunkäytöstä tai pyykinpesusta, näkyvät ilmeisesti myös saostuskaivoista lähtevän jäteveden laadussa. Saostuskaivoissa jätevesi ei sekoitu täydellisesti vaan etenee laadultaan kerrostuneena. Esimerkiksi, jos saostuskaivojen viipymä on yksi vuorokausi, saostuskaivoista lähtee jollakin hetkellä sitä jätevettä selkeytyneenä, mitä sinne on vuorokautta aikaisemmin tullut.tässä tutkimuksessa näytettä ei teknisistä syistä ollut mahdollista ottaa illalla, mikä on saattanut vaikuttaa tuloksiin. Taulukko 6.2 Saostuskaivoista lähtevän jäteveden laadun vaihtelu eri näytekerroilla. 72
Laskelmissa on päädytty käyttämään tulevan eli saostuskaivosta lähtevän jäteveden arvoina keskiarvoja, jotka on esitetty taulukossa 6.3. Taulukko 6.3 Laskelmissa käytettävä saostuskaivoista lähtevän jäteveden laatu. kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 71 230 16 105 0,34 4 700 000 6.3 Puhdistustuloksen arviointi Jätevedenpuhdistamon toimivuuden arviointi perustuu yleisimmin jäteveden laatumäärityksiin. Puhdistustulosta voidaan arvioida joko prosentuaalisen puhdistustehon tai puhdistamolta lähtevän jäteveden laadun perusteella. Prosentuaalinen puhdistusteho on 100 x (tuleva pitoisuus - lähtevä pitoisuus) / tuleva pitoisuus (%). Prosentuaalisen puhdistustehon etuna arvioinnissa on, että puhdistusteho määräytyy sekä puhdistamolta lähtevän että sinne tulevan jäteveden laadun perusteella. Tulevan jäteveden ominaisuudet tulevat siis huomioiduiksi. Menetelmä on oikeudenmukainen vähän vettä käyttävälle kiinteistölle, jonka jätevesi on väkevää. Lisäksi etuna on, että prosentuaalisen tehon merkitys selviää maallikollekin - esimerkiksi 90% teho kertoo selkeästi, että tulevan jäteveden lika-aineista on puhdistettu 90%. Prosentuaalisen puhdistustehon selvittäminen saattaa kuitenkin monissa olosuhteissa olla vaikeaa. Yksittäistaloudesta tai muusta pienestä yksiköstä tulevan jäteveden määrä ja laatu vaihtelee jatkuvasti, koska viemäristön pituus tai muut saman viemärin käyttäjät eivät ole tasaamassa virtaamaa ja jäteveden laatua. Kiinteistön sisäiset vedenkäytön vaihtelut, kuten pesukoneiden käyttö tai suihkussa käyminen näkyvät jäteveden laadussa. Jonain hetkenä otettu jätevesinäyte kertoo vain sillä hetkellä kiinteistön viemäristä tulevan jäteveden laadun. Jätevesinäytteen tulisi kuitenkin vastata samaa jätevettä, jota tutkitaan puhdistamolta lähtevänä jätevetenä. Koska se ei ole mahdollista, on sekä tulevan että lähtevän jätevesinäytteen pyrittävä edustamaan keskimääräisiä jäteveden laatuja. Kertanäytteenä tai muutamasta osanäytteestä koottu kokoomanäyte eivät anna oikeaa kuvaa puhdistamolle tulevan jäteveden laadusta ja samalla puhdistustehosta. Puhdistustuloksen arviointi lähtevän jäteveden pitoisuuksista on helpompaa, koska yleensä jätevesi sekoittuu ja laatu tasoittuu puhdistusprosessissa viipymän ansiosta. Huono puoli on ensinnäkin se, että laimeasta tulevasta jätevedestä on helpompi kuin väkevästä saada hyvänlaatuista lähtevää jätevettä. Tämä arviointitapa siis suosii paljon vettä käyttäviä kiinteistöjä. Toinen ongelma on, ettei maallikko usein saa lähtevän jäteveden pitoisuuksien perusteella käsitystä puhdistamon toimivuudesta. Lähtevän jäteveden pitoisuus antaa kuitenkin oikeamman kuvan puhdistustuloksesta kuin prosentuaalinen poistuma, jos tulevan jäteveden pitoisuutta ei ole luotettavasti pystytty mittaamaan. Tässä tutkimuksessa on puhdistustuloksia arvioitu puhdistamolta lähtevän jäteveden pitoisuuksien perusteella. Näytteet on otettu neljän osanäytteen kokoomanäytteinä (Ks. 6.5 Toimivuustutkimuksen toteutus). Niissä kohdin, joissa on haluttu arviointia prosentuaalisen puhdistustuloksen perusteella, on tulevan jäteveden pitoisuutena käytetty tässä tutkimuksessa saatuja saostuskaivoista lähtevän jäteveden keskimääräisiä pitoisuuksia BOD 7 230 mg/l ja kokonaisfosfori 16 mg/l (Ks. 6.2. Tulevan jäteveden laatu). 73
6.4 Kertanäytteen riittävyys Toimivuustutkimukseen kuuluneessa erillisessä selvityksessä haluttiin selvittää, miten hyvin lähtevän jäteveden kertanäyte vastaa kokoomanäytettä. Selvitys tehtiin 26.10. 1998 puhdistamolla 114. Puhdistamo oli tyypiltään Green Pack F. Näytteenottopäivänä asukkaat (2 henkilöä) olivat pois paikalta kello 10.15-11.45, jona aikana rakennuksen yksi vesihana oli auki. Pyykkikone oli päällä kello 13.30-14.30 ja muuna aikana vedenkäyttö oli lähinnä vesikäymälän huuhtelua. Näytteet otettiin puhdistamolta lähtevästä jätevedestä kahdeksan tunnin aikana tunnin välein (8 osanäytettä). Kaikki osanäytteet analysoitiin erikseen. Lisäksi analysoitiin osanäytteistä sekoitettu kokoomanäyte. Laboratoriossa analysoitiin seuraavat parametrit: kiintoaine, BOD 7, kokonaisfosfori, kokonaistyppi, nitraatti/nitriitti -typpi ja fekaaliset koliformiset bakteerit. Tulokset on esitetty taulukossa 6.4. Taulukko 6.4 Osanäytteiden analyysitulokset ja niiden keskiarvot sekä kokoomanäytteen tulokset: kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 - N fek.kolif. kello mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l kpl/100 09.30 13 38 7,4 83 0,86 13 000 10.30 9,4 46 7,7 88 0,60 6 000 11.30 9,4 40 7,6 89 0,78 29 000 12.30 9,6 40 8,7 88 0,54 23 000 13.30 13 67 7,0 89 0,024 14 000 14.30 18 100 7,0 95 0,036 38 000 15.30 21 110 8,1 96 0,036 130 000 16.30 19 110 7,0 89 0,034 240 000 osanäytteiden keskiarvo 14,1 69 7,6 90 0,36 61 625 kokoomanäyte 10 62 8,0 94 0,026 16 000 Selvitys osoitti, että osanäytteiden pitoisuuksien vaihtelu riippui parametristä. Kokonaisfosfori pysyi päivän aikana lähes samana vaihteluvälin ollessa 7,0-8,7 mg/l. Samoin oli kokonaistypen ja nitraatti/nitriitti -typen kohdalla vaihteluvälien ollessa vastaavasti 83-96 mg/l ja 0,024-0,86 mg/l. Biologisen hapenkulutuksen ja fekaalisten koliformisten bakteerien määrä sensijaan vaihteli enemmän. BOD 7 oli aamulla kello 9.30 otetussa näytteessä 38 mg/l nousten päivän aikana siten, että kahdessa viimeisessä näytteessä määrä oli 110 mg/l. Fekaalisten koliformisten bakteerien määrä vaihteli välillä 6 000-240 000 kpl/100 ml. Näytteitä otettiin teknisistä syistä kello 16.30 asti, minkä takia jäteveden pitoisuuksien muuttumista illan mittaan ei voitu selvittää. Osanäytteiden pitoisuuksien keskiarvot vastasivat hyvin kokoomanäytteen pitoisuuksia. Selvityksen tuloksena oli, että vaikka puhdistamolta lähtevä jätevesi on laadultaan tasaantuneenpaa kuin sinne tuleva jätevesi, tapahtuu myös sen laadussa päivän mittaan vaihtelua. Kertanäyte ei anna luotettavaa kuvaa keskimääräisestä jäteveden laadusta, vaan myös puhdistamolta lähtevästä jätevedestä on kerättävä kokoomanäyte. Luotettavin kokoomanäyte kerätään automaattisella näytteenottimella. Pienelle, yleensä sähköttömälle, puhdistamolle soveltuva näytteenotin kehitettiin Hajasampo-projektin yhteydessä. Tässä tutkimuksessa näytteet kerättiin osittain automaattisella näytteenottimella ja osittain käsin. Käsin kerätyt kokoomanäytteet päädyttiin kokoamaan neljästä osanäytteestä kello 8 ja 20 välisenä aikana. 74
6.5 Toimivuustutkimuksen toteutus 6.5.1 Tutkitut puhdistamot Tutkittavien puhdistamoiden joukkoon valittiin aluksi 63 puhdistamoa: 22 tiiviiseen seurantaan (12 näytekertaa) ja 41 harvaan seurantaan (4 näytekertaa). Tiiviin seurannan puhdistamot oli lähes kaikki rakennettu Hajasampo-projektin yhteydessä. Harvan seurannan puhdistamot oli etupäässä rakennettu aiemmin 1990- luvulla. Tiedot näistä puhdistamoista saatiin seuraavilta alueiden vesihuoltoasiantuntijoilta ja ympäristötarkastajilta: Mika Vainio, Harri Mattila, Jukka Reko, Matti Palkèn, Olli Taimi, Päivi Lehtinen, Urpo Isotalo, Jyrki Lammila, Heikki Elomaa, Jukka Lahti ja Raini Kiukas. Alunperin oli tarkoitus, että luotettavien tulosten saamiseksi tutkittavien joukkoon kuuluisi aina useita samantyyppisiä puhdistamoita. Kohteita valittaessa kiinnostuttiin kuitenkin muutaman sellaisen puhdistamotyypin toiminnasta, jota ei ollut mahdollista saada mukaan kuin yksi kappale. Ne päätettiin kelpuuttaa tutkittavien joukkoon. Puhdistamot ja tiedot niiden tyypistä, rakennusvuodesta ja asukasmäärästä on lueteltu taulukossa 6.5. Taulukko 6.5 Tutkimuksen puhdistamot 75
76
Kaikista puhdistamoista ei saatu näytteitä jokaisella näytteenhakukierroksella eikä muutamasta puhdistamosta ollenkaan. Puhdistamot 104 ja 119 eivät ehtineet valmistua tutkimuksen aikana. Puhdistamoiden 118, 150, 153 ja 155 käyttö oli ajoittaista eikä näytteitä saatu otettua, koska puuttui riittävä jätevesivirtaama. Puhdistamot 114, 301 ja 302 poistettiin käytöstä tutkimuksen alkuvaiheessa. Puhdistamoissa 142, 145, 148, 154 ja 167 ei ollut luotettavaa näytteenottokohtaa. Tulosten tarkasteluun otettiin kaikki ne puhdistamot, joista saatiin vähintään kahdet analyysitulokset lukuun ottamatta käytöstä poistettuja puhdistamoita. Puhdistamotyypit ja puhdistamoiden lukumäärät on lueteltu taulukossa 6.6. Tuloksia on tarkasteltu kaikkiaan 48 puhdistamon osalta. Taulukko 6.6 Tulosten tarkasteluun otettujen puhdistamoiden lukumäärät tyypeittäin. Tyyppi Lukumäärä MS 13 MSF 9 MSFKAS 4 MSFVAAKA 1 MSVERTAILU 1 GP 4 GPF 3 PS 4 GPBIO 1 PROPIPE 4 EKORA 1 PLANCOF 3 JUUR 1 6.5.2 Laboratoriomääritykset Jätevesinäytteet tutkittiin Lounais-Suomen ympäristökeskuksen ja Pirkanmaan ympäristökeskuksen laboratorioissa. Tutkimuksen alussa mukana olleiden Pohjois-Pohjanmaan kohteiden näytteet analysoitiin PSV Maa ja Vesi Oy:n laboratoriossa Oulussa. Jätevesinäytteistä tehtiin seuraavat laboratoriomääritykset: kiintoaine (SFS-EN 872, suodatin Whatman GF/A) BOD 7 (A SFS-EN 1899-1 ja SFS-EN 1899-2, atu lisäyksellä) kokonaisfosfori (A kumottu standardi SFS 3026) kokonaistyppi (A kumottu standardi SFS 3031, FIA-laitteisto, peroksidisulfaattihapetus) NO 3,2 -N (nitraatti/nitriitti -typpi) (A SFS 3030, FIA-laitteisto) fekaaliset koliformiset bakteerit (SFS 4088) 6.5.3 Toimivuustarkastukset ja kenttämääritykset Sekä tiiviin että harvan seurannan puhdistamoiden kunto ja toimivuus tarkastettiin näytteenoton yhteydessä. Toimivuustarkastusten tarkoitus oli tuoda esiin niitä seikkoja, jotka mahdollisesti vaikuttivat puhdistustuloksiin näytteenottohetkellä. Toimivuustarkastuksissa selvitettiin: rakenteiden ja laitteiden kunto saostuskaivojen toimivuus saostuskaivojen tyhjennykset käsittelylaitteiden toimivuus tehdyt korjaukset ja huollot käsitellyn jäteveden ulkonäkö ja haju muut havainnot. 77
Näytteenoton yhteydessä oli tarkoitus selvittää, voiko kenttämittareilla saada kuvaa puhdistamon toiminnasta. Tutkimuksen alkuvaiheessa kenttämittareita käytettiinkin näytteenoton yhteydessä puhdistamolta lähtevän jäteveden fosfaattifosforin (PO 4 -P) ja nitraattitypen (NO 3 -N) pitoisuuksien määrityksiin. Kenttämittausten tekeminen osoittautui kuitenkin melko hankalaksi. Mittausten vaatimaa näytteen laimentamista oli vaikea tehdä ulkona puhdistamolla tai autossa, minkä takia näytteenottajat mieluummin hoitivat mittaukset sisätiloissa muualla. Tällöin periaatteellinen idea eli tiedon saaminen puhdistamon toimivuudesta jo puhdistamolla ei toteutunut ja kenttämittauksista tuli osa laboratoriomäärityksiä. Toisaalta fosfaattifosforin ja nitraattitypen antama informaatio ei riittänyt puhdistamon toimivuuden arviointiin vaan ne täydensivät muita laboratoriomäärityksiä. Fosfaattifosforipitoisuuden tiedosta saattaisi olla hyötyä erityisesti silloin, kun arvioidaan fosforin poistamiseen käytetyn kemikaalin riittävyyttä tai tehoa. Tyypillisen biologisen pienpuhdistamon toimivuuteen se ei tuo paljoakaan lisätietoa. Nitraattitypen pitoisuus ilmaisee puhdistamolla tapahtuvan nitrifikaation määrän, joka sinänsä on tärkeä tieto, mutta ei paljasta kokonaisuutena puhdistamon toimivuutta. Muita puhdistamon toimintaa kuvaavia määrityksiä on kenttämittarilla vaikeaa tai mahdotonta tehdä. Viimeiset nitraattitypen määritykset tehtiin kesäkuussa 1999 ja fosfaattifosforin määritykset lokakuussa 1999. 6.6 Tulokset ja tulosten arviointi 6.6.1 Yleistä Tässä luvussa esitetään puhdistamoiden keskimääräiset tulokset ja arviot eri tyyppisten puhdistamoiden toimivuudesta. Puhdistamotyypit ja puhdistamoiden lukumäärät on lueteltu edellä kohdassa 6.5. Puhdistamokohtaiset puhdistustulokset ja yksityiskohtaisemmat arviot puhdistamoiden toiminnasta esitetään myöhemmin julkaistavassa raportissa kiinteistökohtaisen jätevedenkäsittelyn toimivuudesta. Puhdistamokohtaiset keskiarvot on koottu puhdistamotyypeittäin taulukoihin, joissa on lisäksi laskettu eri tyyppien keskimääräiset puhdistustulokset (lähtevän jäteveden laatuparametrien keskiarvot ja mediaanit). Sanallisissa arvioissa puhdistamoiden toimivuudesta on tässä käytetty lähtevän jäteveden hyvän tuloksen vaatimuksena BOD 7 :n osalta arvoa 30 mg/l ja fosforin osalta pitoisuutta 2 mg/l. Tyydyttävällä tulokselle ovat vastaavat arvot BOD 7 60 mg/l ja fosfori 5 mg/l. Ilmoitetut nitrifikaatioasteet on laskettu lähtevän jäteveden nitraatti/nitriitti -typen osuutena kokonaistypestä. 6.6.2 Maasuodattimet Tutkimuksessa on seurattu 28 maasuodattimen toimintaa. Maasuodattimet jakaantuvat rakenteensa perusteella seuraavasti: 13 tavallista maasuodatinta 9 fosforia sitovalla kerroksella varustettua maasuodatinta 4 maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmää 1 tehostettu vaakavirtausmaasuodatin 1 kokeilu, jossa seurattiin hiekan ja muovin toimivuutta suodatinmateriaalina. Maasuodattimet on rakennettu enimmäkseen yksittäistalouksien jätevesien käsittelymenetelmäksi vuosina 1990-1998. Tutkimukseen on pyritty valitsemaan sellaiset kohteet, jotka on tiedetty asianmukaisesti mitoitetuiksi ja rakennetuiksi. Osaa kohteista on valvottu Lounais-Suomen ja Pirkanmaan ympäristökeskuksen toimesta. Puhdistamoiden rakennetta ei tässä yhteydessä ole tarkasteltu lukuun ottamatta niitä mitoitus- ja rakennetietoja, jotka ovat olleet yksittäisten puhdistamojen osalta tiedossa. 78
Tavallinen maasuodatin Tavallisella maasuodattimella tarkoitetaan menetelmää, jossa jätevesi virtaa ylhäältä alaspäin suodatinhiekan läpi ja johon ei kuulu fosforin sitomiseen tarkoitettua ainetta tai rakennetta. Tutkittavana on ollut 13 tavallista maasuodatinta, joista kuusi Lounais-Suomen alueella ja seitsemän Pirkanmaan alueella. Tavallisen maasuodattimen periaatepiirros on esitetty kuvassa 6.1. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.7. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.2. Kuva 6.1 Tavallisen maasuodattimen periaatepiirros. Taulukko 6.7 Tavallisten maasuodattimien keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. MS lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 141 2 6 32,6 45 41 550 147 4 10 4 1,9 49 27 650 151 4 330,1 46 35 9 152 4 4 6 6,354 38 670 156 4 2 7 0,364 40 1 200 165 4 10 8 1,2 35 15 180 205 4 22 9 4,5 55 435 100 206 3139 6,5 58 28 1 200 208 4 2310 9,8 38 23 1 300 209 4 110 11 6,7 48 12 2 800 210 4 4 9 2,6 28 19 750 211 4 21 8 12 95 48 14 000 215 4 1 2 1,6 25 24 300 keskiarvo 18 7 4,349 30 2 200 mediaani 10 8 2,6 48 28 750 79
Kuva 6.2 Tavallisten maasuodattimien lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Fosforia sitovalla kerroksella varustettu maasuodatin Maasuodattimen suodatinkerrokseen voidaan lisätä fosforia sitovaa massaa. Massa voidaan asentaa periaatteessa joko suodatinkerroksen yläpuolelle, alapuolelle tai keskelle. Parhaana tapana on pidetty massan sijoittamista suodatinkerroksen alapuolelle, jolloin puhdistamon biologinen prosessi tapahtuu ennen fosforin sitoutumista. Fosforia sitova massa tulee ennen asennusta sekoittaa varsinaiseen suodatinhiekkaan niin, että siitä muodostuu riittävän huokoinen kerros, joka ei tiivisty huonosti vettä läpäiseväksi. Tutkimuksen kahdeksasta maasuodattimesta on kuudessa käytetty fosforia sitovana aineena Kemiran Fosfiltia. Fosfilt on rauta-alumiinisilikaattia, jossa fosforin sitoutuminen perustuu adsorptioon ja massan suureen pinta-alaan. Kahdessa maasuodattimessa on käytetty muuta ainesta: maasuodattimessa 122 kipsimassaa ja maasuodattimessa 213 ferrosulfaattia. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.8. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.3. 80
Taulukko 6.8 Fosforia sitovalla kerroksella varustettujen maasuodattimien lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. MSF lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 122 4 10 7 4,6 48 36 2 700 125 4 51 14 11 84 8,32 000 131 4 4 3 31 74 57 1 500 138 4 2 2 2,8 34 22 2 200 1634 9 32,2 18 12 16 164 4 39 39 12 92 4,8 450 166 4 25 57 21 120 0,1 1 400 2134 1332,4 8364 890 keskiarvo 19 16 11 70 25 1 400 mediaani 11 5 7,9 78 17 1 500 Kuva 6.3 Fosforia sitovalla kerroksella varustettujen maasuodattimien lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. 81
Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmä Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmä käsittää tavallisen maasuodattimen lisäksi erillisen fosforin sitomiseen tarkoitetun rakenteen. Jätevesi suodatetaan ensin maasuodattimen suodatinkerroksen läpi, kerätään kokoomaputkiin ja johdetaan edelleen niin sanottuun kasettisuodattimeen. Kasettisuodatin on tavallisen betonirengaskaivon sisään asennettu lieriön muotoinen ruostumatonta terästä oleva astia, joka sisältää fosforia sitovaa massaa, tässä tutkimuksessa Kemiran Fosfilttia. Massa uusitaan tarpeen mukaan. Kasettisuodattimen on kehittänyt insinööri Jukka Lahti Pirkanmaan ympäristökeskuksesta ja puhdistamotyypin kehittämiseen tähtäävä tutkimustyö jatkuu. Periaatepiirros maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmästä on esitetty kuvassa 6.4. Tutkimuksessa oli mukana neljä maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmää, kolme tiiviissä ja yksi harvassa seurannassa. Pirkanmaan ympäristökeskuksessa on tehty tutkimusta kasettisuodattimen toimivuudesta, minkä takia tässä tutkimuksessa ei aihetta tarkastella tarkemmin. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.9. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6. 5. Kuva 6.4 Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmän periaatepiirros (Jukka Lahti, Pirkanmaan ympäristökeskus). Taulukko 6.9 Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmien lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. MSFKAS lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 201 12 4 8 8,8 140 93250 202 12 14 4 7,5 100 84 180 20311 54 41 2,2 55 435 800 204 4 9 1314 120 67 510 keskiarvo 20 17 8,2 100 72 1 700 mediaani 11 11 8,1 110 76 380 82
Kuva 6.5 Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmien lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Kuva 6.6 Tehostetun vaakavirtausmaasuodattimen periaatepiirros (Jukka Lahti, Pirkanmaan ympäristökeskus). Tehostettu vaakavirtausmaasuodatin Tehostetussa vaakavirtausmaasuodattimessa jätevesi virtaa suodatinkerroksessa lähes horisontaalisesti, kuva 6.6. Vaakavirtauksella pyritään muun muassa vähentämään suodatinmateriaalin tiivistymistä ja tukkeutumista. Vaakavirtausmaasuodattimessa voidaan fosforia poistava kerros rakentaa siten, että sen uusiminen on helpompaa kuin tavallisessa maasuodattimessa. Tutkimuksessa oli mukana yksi vaakavirtausmaasuodatin. Sen keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.10 sekä lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuus kuvassa 6.7. Taulukko 6.10 Vaakavirtausmaasuodattimen lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. MSVAAKA lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 212 4 2 5 2,1 49 21 1 500 83
Kuva 6.7 Tehostetun vaakavirtausmaasuodattimen lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Taulukko 6.11 Suodatinmateriaalivertailun lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N N 3+2 -N fek.kolif. MSVERTAILU linja lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 143a hiekka 4 18 28 34 120 14 2 600 000 143b muovi 4 15 32 18 120 6,4 1 700 000 Kuva 6.8 Suodatinmateriaalivertailun lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet Suodatinmateriaalivertailu: hiekka ja muovi Tutkimuksessa mukana olleessa kaksilinjaisessa maasuodattimessa 143 on kokeiltu kahta erilaista suodatinmateriaalia. Linjalla A on suodatinmateriaalina hiekkaa ja linjalla B muovikiekkokennostoa. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.11. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.8. Tuloksia vertailtaessa havaitaan, että molempien linjojen biologinen toiminta on ollut tyydyttävää. Lähtevän jäteveden BOD 7 on jonkinverran vaihdellut molemmilla linjoilla ollen keskimäärin hiekkalinjalla 28 mg/l ja muovilinjalla 32 mg/l. Lähtevän jäteveden fosforipitoisuus on hiekkalinjalla ollut neljästä näytekerrasta kolmessa 22-24 mg/l ja yhdessä peräti 67 mg/l. Muovilinjalla on lähtevän jäteveden fosforipitoisuus ollut välillä 14-22 mg/l. Tuloksista voidaan todeta, että suodatinmateriaalin laatu ei ole vaikuttanut ainakaan puhdistamon biologiseen toimivuuteen. 84
Johtopäätökset maasuodattimien toimivuudesta Kaikkien maasuodattimien toimivuutta arvioitaessa havaitaan, että orgaanisen aineen poisto on toiminut hyvin. Maasuodattimia oli 28 kappaletta ja niistä 24 maasuodattimen BOD 7 tulos on keskimäärin (keskiarvo) ollut hyvä (enintään 30 mg/l). Neljän maasuodattimen BOD 7 - tulos on ollut tyydyttävä (enintään 60 mg/l). Huonosti ei keskimäärin ole toiminut yksikään. Verrattaessa biologisesti hyvin toimivien maasuodattimien analyysituloksia tyydyttävästi toimiviin on huomattu mielenkiintoinen ilmiö. Hyvä toimivuus on yhteydessä puhdistusprosessin aikana tapahtuvaan nitrifikaatioon ja tyydyttävä tai huono toimivuus taas nitrikaation puuttumiseen. Nitrifikaatio tapahtuu vain hapellisissa olosuhteissa, joten hapen läsnäolo näyttää selittävän maasuodattimien biologisen toimivuuden. Tarkasteltaessa niiden maasuodattimien toimintaa, jotka eivät ole toimineet hyvin havaitaan, että muutaman huonon BOD 7 -tuloksen syy on ollut hapettomuus. Esimerkiksi maasuodattimen 164 neljästä näytekerrasta kolmen BOD 7 -tulos on ollut huono tai tyydyttävä ja jokaisella näistä kerroista lähtevän jäteveden nitraatti/nitriitti -typen määrä on ollut 0 mg/l. Tämän puhdistamon ainoan hyvän tuloksen, BOD 7 8 mg/l, yhteydessä nitrifikaatioaste on ollut noin 20 % ja lähtevän jäteveden nitraatti/nitriitti -typen pitoisuus 19 mg/l. Sama ilmiö näkyy maasuodattimen 166 tuloksissa: lähtevän jäteveden keskimääräinen BOD 7 on 57 mg/l ja nitraatti/nitriitti -typpeä on keskimäärin vain 0,1 mg/l. Myös suodatinmateriaalin vertailukohteena olleessa maasuodattimessa 143 havaitaan, että hiekkalinjan neljästä BOD 7 -tuloksesta kaksi on huonoa tai tyydyttävää ja kaksi hyvää. Hyvien tulosten yhteydessä nitrifikaatiota tapahtuu ja tyydyttävien tai huonojen tulosten yhteydessä sitä ei tapahdu juuri lainkaan. Kyseisen maasuodattimen toisella eli muovilinjalla näkyy sama ilmiö. Neljäs niistä maasuodattimista, jotka eivät toimineet hyvin, on maasuodatin 203. Sen lähtevän jäteveden BOD 7 vaihtelee paljon. Nitrifikaatiota on kuitenkin tapahtunut jokaisen tuloksen yhteydessä. Edellä olevan perusteella voidaan väittää, että edellytys maasuodattimen biologiselle toimivuudelle on puhdistustapahtuman hapellisuus. Ilmanvaihdon tulee toimia tehokkaasti kaikissa prosessin vaiheissa. Hapettomuuteen voi johtaa ilmanvaihdon heikkeneminen tukkeutumisen tai suodatinmateriaalin huokoisuuden vähenemisen seurauksena. Mahdollisia teknisiä syitä voivat olla suodatinmateriaalin liika tiivistyminen, tuuletusputkien tukokset, liian tiivis peitemaa tai purkuputken tukkeutuminen. Viimeksi mainitusta seuraa jäteveden nousu maasuodattimeen, joka muovilla tai savella eristettynä alueena täyttyy vedellä kuin astia ja estää tuulettumisen suodatinmateriaalin läpi. Verrattaessa fosforia sitovalla kerroksella varustettuja maasuodattimia tavallisiin maasuodattimiin havaitaan ero lähtevän jäteveden keskimääräisessä typpipitoisuudessa ja nitrifikaatioasteessa. Fosforia sitovalla kerroksella varustetuissa maasuodattimissa typpitulosten mediaani on 78 mg/l ja tavallisten maasuodattimien 48 mg/l. Nitrifikaatioasteet ovat vastaavasti 21 % ja 58 % laskettuna nitraatti/ nitriitti -typen mediaanien osuutena kokonaistypen mediaaneista. Nitrifikaatio on siis parempi tavallisissa maasuodattimissa kuin fosforia sitovalla kerroksella varustetuissa. Nitrifikaation ero saattaa osoittaa sen, että fosforin sitomiseen käytetty materiaali tiivistyy ja estää tuulettumisen suodatinmateriaalin läpi. Tutkimustuloksia tarkasteltaessa voidaan vielä huomata, että lähtevän jäteveden fosforipitoisuudet vaihtelevat paljon enemmän kuin BOD 7. Vaihtelu on selvää sekä puhdistamokohtaisesti eri näytteenottokerroilla että eri puhdistamoiden välillä. Fosfori- ja BOD 7 - tulokset ovat yhteydessä toisiinsa siten, että hyvä fosforitulos esiintyy ainoastaan hyvän BOD 7 -tulokseen yhteydessä. Sensijaan hyvään BOD 7 -tulokseen voi liittyä huono fosforitulos. Tämä logiikka ei kuitenkaan päde 85
maasuodattimessa 203, jossa lähtevän jäteveden tyydyttävä BOD 7 on ajoittain esiintynyt samanaikaisesti hyvän fosforipitoisuuden kanssa. Kyseinen maasuodatin on tyypiltään maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmä. Tavalliset maasuodattimet ovat poistaneet fosforia huomattavasti paremmin kuin fosforia sitovalla kerroksella varustetut maasuodattimet. Edellisten lähtevän jäteveden fosforipitoisuuksien mediaani on vain 2,6 mg/l ja jälkimmäisten 7,9 mg/ l. Selitystä tälle ilmiölle ei ole etsitty tämän tutkimuksen yhteydessä. Erilaisten fosforia sitovien massojen ja rakenteiden kehittelyä on syytä jatkaa. Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmässä on fosforinpoistoon pyritty järkevällä tavalla. Fosforia sitova massa on kasettirakenteesta kätevästi uusittavissa. Tämän puhdistamotyypin kehittelyä kannattaa myös jatkaa. Tehostettu vaakavirtausmaasuodatin 212 on toiminut hyvin. Koska kyseistä tyyppiä on tutkimuksessa edustanut vain yksi maasuodatin, ovat lisätutkimukset tarpeen sen jatkokehittämiseksi. Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimuksen maasuodattimet ovat toimineet biologisesti hyvin. Biologisen toimivuuden oleellisin selittäjä on suodatusprosessin hapellisuus. Maasuodattimen ilmanvaihdon tärkeys korostuu. Tuuletuksen toimivuus on pystyttävä testaamaan ja tarvittaessa korjaamaan. Peitemaan ja lämpöeristyksen tulee olla mahdollisimman hyvin ilmaa läpäisevää. Ympäristöstä tulevat ja päälle satavat valumavedet on johdettava maasuodattimen ulkopuolelle. Näytteenottojen yhteydessä tehdyissä toimivuustarkastuksissa havaittiin melko runsaasti saostuskaivoja, joissa oli runsaasti lietettä. Saostuskaivosta suodattimeen karkaava liete tukkii suodatinmateriaalia ja vähentää hapellisen suodatinmateriaalin osuuden määrää. Useissa maasuodattimissa on korkea fosforipitoisuus esiintynyt samanaikaisesti korkean kiintoainepitoisuuden kanssa. Maasuodattimen haltijoita, ylläpitäjiä ja valvojia tulisikin valistaa lietteen säännöllisen poiston tärkeydestä. 6.6.3 Kivikuitusuodatin Kivikuitusuodatuksen käyttö jätevedenpuhdistuksessa perustuu suodattumiseen ja suodattimeen kasvavan pieneliöstön biologiseen toimintaan. Biologisen puhdistumisen edellyttämä hapensaanti on järjestetty puhdistamon läpi kulkevalla ilmanvaihtojärjestelmällä. Saman suodatinmateriaalin on tarkoitus kestää kuormituksesta riippuen 2-5 vuotta, minkä jälkeen suodatinosat on vaihdettava uusiin. Käytetyt suodatinosat voidaan valmistajan ohjeen mukaan kompostoida. Green Pack puhdistamoita valmistaa suomalainen Green Rock Oy. Tutkimuksessa oli mukana 12 Green Pack puhdistamoa. Mallit jakautuivat seuraavasti: 4 Green Pack perusmallia 3 Green Pack F - mallia 4 Green Pack Sakoa 1 Green Pack Bio Tutkimuksessa seurattiin markkinoilla olevien puhdistamomallien toimivuutta normaaleissa käyttökohteissa, mutta tutkimukseen sisältyi myös Green Rock Oy:n tuotekehittelyä. Tuotekehittely mahdollisti tutkittavien kohteiden muuntelun ja parantamisen tutkimuksen aikana. 86
Green Pack perusmalli Green Pack perusmalli koostuu muovisesta 2 x 1,4 x 1,1 m 3 suuruisesta suojalaatikosta ja sen sisään asennetuista suodatinrakennekerroksista. Suojalaatikon päälle asennetaan erillinen maanpintaan ulottuva lämpöeristetty kansirakenne. Rakenne on esitetty kuvassa 6.9. Puhdistamolla on painovoimainen tuuletusjärjestelmä. Rakenteeltaan se on yksinkertainen eikä tarvitse sähköliitäntää. Tulo- ja lähtöputket tarvitsevat korkeuseroa yhden metrin. Jätevedet on selkeytettävä saostuskaivoissa tai sakosäiliössä ennen puhdistamolle johtamista. Puhdistamo on suunniteltu lähinnä orgaanisen aineen poistoon, mutta valmistajan mukaan se poistaa myös fosforia. Perusmallin kapasiteetti riittää 0,5-1 m 3 /d jätevesimäärälle. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.12. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.10. Kuva 6.9 Green Pack perusmallin rakenne. Taulukko 6.12 Green Pack Perusmallinen keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. GP lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 102 10 44 54 36 170 25 39 000 10312 12 22 9,1 55 384 000 144 3131 1312 90 2,325 000 162 350 130 12 69 3,9 82 000 keskiarvo 59 54 17 96 16 58 000 mediaani 47 38 12 80 15 61 000 87
Kuva 6.10 Green Pack perusmallien lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Green Pack F Green Pack F on suunniteltu biologisen käsittelyn lisäksi sitomaan jäteveden sisältämää fosforia. Puhdistamoon on asennette kerros Kemiran Fosfilt -kemikaalia. Muilta osin puhdistamo on Green Pack perusmallin kaltainen. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.13. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.11. Taulukko 6.13 Green Pack F:n lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. GPF lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 105 12 80 100 26 120 18 73 000 110 10 170 6314 90 0,4 210 000 214 4 11 41 1,0 27 0,0 20 000 keskiarvo 86 68 14 80 6,0 100 000 mediaani 80 6314 90 0,4 73000 Kuva 6.11 Green Pack F:n lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. 88
Green Pack Sako Green Pack Sako on puhdistamo, joka käsittää sekä saostuskaivoselkeytyksen että kivikuitusuodatuksen. Rakenteena on lieriömäinen säiliö, jonka halkaisija on kaksi metriä ja korkeus 1,5 metriä. Säiliö on jaettu neljään yhtäsuureen sektoriin. Niistä kolme toimii saostuskaivoina ja yksi kivikuitusuodattimena. Puhdistamon kapasiteetti on 0,5-0,7 m 3 /d jätevettä. Valmistaja suosittelee Green Pack Sakoa kohteisiin, joissa ei ennestään ole saostuskaivoja. Rakenne on esitetty kuvassa 6.12. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.14. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.13. Kuva 6.12 Green Pack Sakon rakenne. Taulukko 6.14 Green Pack Sakon lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. GPS lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 101 12 90 240 15 120 0,7 3 500 000 107 9 16 29 34 170 82 7 000 11312 46 100 15 94 0,4 5 900 000 115 9 26 55 5,6 31 0,1 88 000 keskiarvo 45 110 17 100 21 2 400 000 mediaani 36 79 15 110 0,6 1 800 000 89
Kuva 6.13 Green Pack Sakon lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Green Pack Bio Green Pack Bio on muuten rakenteiltaan perusmallin kaltainen, mutta suodatinrakenne on erilainen. Bion kapasiteetti on perusmallin kapasiteettia suurempi: 1,0-2,0 m 3 /d jätevettä. Mukana oli yksi puhdistamo, joka tutkimuksen aikana muutettiin perusmallista Bioksi. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.15. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.14. Taulukko 6.15 Green Pack Bion lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. GBio lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 133 3 43 120 10 77 0,0 210 000 Kuva 6.14 Green Pack Bion lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. 90
Johtopäätökset kivikuitusuodattimien toimivuudesta Tuloksia tarkasteltaessa havaitaan, että Green Pack puhdistamojen toimivuus vaihtelee paljon. Parhaiten näyttää toimivan Green Pack perusmalli. Neljästä puhdistamosta kolmen biologinen toimivuus on ollut hyvä. Sensijaan kolmesta Green Pack F -mallista vain yksi on toiminut biologisesti tyydyttävästi ja kaksi huonosti. Green Pack Sakoista yksi on toiminut hyvin, yksi tyydyttävästi ja kaksi huonosti. Green Pack puhdistamoiden lähtevän jäteveden laatua arvioitaessa on otettu huomioon, että ainakin puhdistamoiden 102 (Green Pack perusmalli) ja 105 (Green Pack F) tulevan jäteveden pitoisuudet ja puhdistamon 101 (Green Pack Sako) tulevan jäteveden BOD 7 -arvo ovat olleet kahden näytteenottopäivän tulosten perusteella poikkeuksellisen korkeat. Nitrifikaation määrä vaihtelee puhdistamoittain ja myös joidenkin puhdistamoiden kohdalla näytekerroittain. Nitrifikaatiota tapahtuu joko selvästi tai ei ollenkaan. Maasuodattimien toimivuudessa havaittu yhteys nitrikaation ja puhdistamon biologisen toimivuuden välillä löytyy Green Pack F 105 tuloksista. Green Pack Sakoista ainoa biologisesti hyvin toiminut puhdistamo 107 on myös ainoa, jossa nitrifikaatiota on tapahtunut. Tulokset osoittavat, että Green Pack puhdistamoiden toimivuudelle hapelliset olosuhteet ovat ensiarvoisen tärkeät. Jos ilmanvaihto estyy, ei biologinen prosessi toimi. Lähtevän jäteveden fosforipitoisuus on ollut hyvä (1,0 mg/l) ainoastaan puhdistamossa Green Pack F 214. Tässä kohteessa kuitenkin tulevan jäteveden fosforin määrä on mahdollisesti ollut alhainen, koska puhdistamolle johdetaan vain harmaita jätevesiä. Green Pack Sako 115 on yltänyt lähes tyydyttävään fosforinpoistoon, mutta tulokset sisältävät salaojavesien viemäriin pääsystä johtuvan epävarmuustekijän. Kaikkien muiden kymmenen Green Packin fosforinpoisto on ollut riittämätöntä. On kuitenkin muistettava, että Green Pack F -mallia lukuun ottamatta Green Packia ei ole suunniteltu poistamaan fosforia vaan orgaanista ainetta. Lähtevän jäteveden kiintoainepitoisuudet ovat joidenkin puhdistamoiden kohdalla olleet melko korkeita. Kaikkien Green Packien keskimääräinen kiintoainepitoisuus on 60 mg/l. Tämä selittyy ainoastaan sillä, että osa saostuskaivosta karkaavasta kiintoaineesta ei ole suodattunut kivivillaan vaan kulkeutunut puhdistamon läpi. Kaikkien Green Pack puhdistamoiden keskimääräiset lähtevän jäteveden tulokset ovat: BOD 7 80 mg/l ja fosforipitoisuus 16 mg/l. BOD 7 -tulos vastaa tämän tutkimuksen keskimääräiseen tulevan jäteveden arvoon verrattuna prosentuuaalista poistumaa 65 %. Fosforin osalta tulos on olematon. Tulokset osoittavat, että periaatteessa ainakin Green Pack perusmalli voi yltää hyvään puhdistustulokseen, jos kaikki puhdistusprosessiin vaikuttavat tekijät ovat kunnossa. Seuraavassa on lueteltu Green Pack puhdistamoiden toimivuudelle tärkeät tekijät: Ilmanvaihdon tulee olla järjestetty. Puhdistamon biologinen prosessi ei toimi ilman tehokasta tuuletusta. Saostuskaivoista ei saa päästä kiintoainetta puhdistamoon. Tämä tarkoittaa sitä, että saostuskaivojen täyttymistä pitää seurata ja kaivot tyhjentää ennen kuin kiintoainetta karkaa. Jäteveden sisältämät rasvat tulee erotella mahdollisimman hyvin saostuskaivoissa. T-haarat saostuskaivoista lähtevälle jätevedelle ovat välttämättömät. Ennen puhdistamon käyttöönottoa tulee ammattilaisen tarkastaa, että asennustyöt on asianmukaisesti tehty. Säännöllisin ja riittävän tihein väliajoin tulee seurata jäteveden levittymistä suodattimelle, suodattimen läpäisykykyä ja jäteveden kulkua puhdistamon läpi. Suodatinmateriaali on uusittava ennen kuin sen tukkeutuminen alkaa haitata puhdistamon toimintaa. 91
Tutkimuksen jälkeen on Green Pack puhdistamoille tehty kaksi uudistusta. Green Pack F on poistettu mallistosta puhdistamoissa esiintyneiden toimintahäiriöiden takia. Fosfilt -kerros esti vettyessään tuuletusjärjestelmän toimivuuden. Green Pack Sakon kivikuitusuodattimen rakenne on uusittu. 6.6.4 Kalkkisuodinmenetelmä Kalkkisuodinmenetelmä perustuu erikoisvalmisteiseen kalkkimassaan, jolla on kyky sitoa jäteveden sisältämää liuennutta ainetta, erityisesti fosforia. Massa myös tuhoaa jäteveden bakteereita. Markkinoilla on Envitop Oy:n ja Propipe Oy:n kehittämä puhdistamo Propipe 1400 Filt, jossa on sovellettu kalkkisuodinmenetelmää ja jota valmistaa suomalainen Propipe Oy. Propipe 1400 Filt Propipe 1400 Filt puhdistamo koostuu noin 1 m 3 kokoisesta muovisäiliöstä, jonka sisään on asennettu kerroksittain neljää erirakeista suodinmateriaalia. Saostuskaivoissa tai sakosäiliössä selkeytetty jätevesi johdetaan tuloputkella puhdistamon alaosaan, josta se suotautuu vastavirtasuodatuksena suodinkerrosten läpi. Suodinmassa vaihdetaan vuosittain. Vanha massa voidaan imeä loka-autoon samalla kun saostuskaivot tai sakosäiliö tyhjennetään. Mukana tutkimuksessa oli neljä Propipe 1400 Filt puhdistamoa. Yksi puhdistamoista oli valmiina tutkimuksen alusta lähtien ja kolme puhdistamoa valmistuivat eri aikoina tutkimuksen aikana. Puhdistamoiden suodatinmateriaaleja on kehitetty tutkimuksen aikana. Puhdistamon rakenteet on esitetty kuvassa 6.15. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.16. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.16. Kuva 6.15 Propipe 1400 Filtin rakanne. Taulukko 6.16 Propipe 1400 Filtin lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. PRO lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 108 11 51 110 1368 2,0 110 000 112 12 250 120 10 630,2 28 000 117 6 24 190 0,5 110 0,0 20 120 4 140 420 16 110 0,0 770 000 keskiarvo 120 210 9,8 86 0,5 230 000 mediaani 94 150 12 87 0,1 69 000 92
Kuva 6.16 Propipe 1400 Filtin lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Johtopäätökset kalkkisuodinmenetelmän toimivuudesta Propipe - puhdistamojen toimivuus on ollut hyvin vaihtelevaa. Keskimääräinen lähtevän jäteveden fosforipitoisuus on ollut korkea (9,8 mg/l). Tulosten perusteella havaitaan, että periaatteessa Propipe 1400 Filt -puhdistamolla on kuitenkin mahdollisuus toimia hyvin fosforin ja bakteerien suhteen. Puhdistamo onkin suunniteltu ensisijaisesti fosforin sitomiseen, mutta myös biologisen hapenkulutuksen määrää voidaan prosessissa vähentää. Puhdistamoiden 112 ja 120 tulokset osoittavat, että puhdistusteho on pysynyt jonkinaikaa hyvänä uuden suodatinmassan asennuksen jälkeen. Puhdistamon 117 fosforinpoisto on pysynyt jatkuvasti hyvänä, mikä osoittanee siinä käytetyn erilaisen suodinmassa tehokkuuden. Puhdistamoiden 108 ja 112 tulosta ovat ilmeisesti heikentäneet tukkeutumiset. Suodatinmassan kapasiteetti riippuu paljon siitä, miten hyvin saostuskaivot pidättävät kiintoainetta. Propipe 1400 Filt -puhdistamoiden typenpoisto on ollut vähäistä, keskimäärin 18 %. Nitrifikaatiota ei ole tapahtunut yhtä näytettä lukuun ottamatta. Kiintoaineen määrä on ollut lähtevässä jätevedessä keskiarvojen mediaanina 94 mg/l, mikä on melko suuri määrä ottaen huomioon, että jätevesi kulkee kalkkisuodinmassan läpi. Osa kiintoaineesta onkin mahdollisesti suodattimesta karkaavaa kalkkia, johon on sitoutunut pieni määrä savea. Jos massaa ei ole asennettu oikein tai se pääsee käytön aikana holvaantumaan, ovat oikovirtaukset periaatteessa mahdollisia. Oleellista toimivuudelle on kuitenkin, että saostuskaivot tai sakosäiliö tyhennetään ajoissa eikä kiintoainetta pääse karkaamaan suodattimeen. 6.6.5 Muut tyypit Ekoran panospuhdistamo Panospuhdistamo on aktiivilietepuhdistamon sovellus, jossa ilmastus- ja selkeytysvaiheet tapahtuvat samassa altaassa. Prosessia ohjataan kellokytkimellä. Ensimmäisessä vaiheessa jätevesi otetaan altaaseen, toisessa sitä ilmastetaan, kolmannessa sen annetaan selkeytyä ja neljännessä selkeytynyt jätevesi johdetaan poistoputkeen. Orgaanisen aineen käsittelyn lisäksi voidaan pyrkiä biologiseen fosforin ja typen poistoon. Mahdollisimman hyvän puhdistustuloksen saavuttamiseksi on jaksotusten kestot säädettävä huolellisesti. Ekoran panospuhdistamon rakenteet on esitetty kuvassa 6.17. Tutkimuksessa on ollut mukana yksi panospuhdistamo. 93
Kuva 6.17 Ekoran panospuhdistamon rakenne (Eero Kautia). Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.17. Koska puhdistamotyyppiä on ollut tutkimuksessa vain yksi, ei sen toimivuuden yleistä arviointia ole mahdollista tehdä. Tulokset kuitenkin osoittavat, että Ekoran panospuhdistamolla voidaan päästä hyvään puhdistustulokseen. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.18. Taulukko 6.17 Ekoran panospuhdistamon lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. Ekora lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 116 11 37 27 12 120 42 760 000 Kuva 6.18 Ekoran panospuhdistamon lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. 94
Plancof - sakosuodatin Plancof Oy:n kehittämä sakosuodatin koostuu betonisesta kolmiosaisesta sakosäiliöstä (Lujabetoni Oy) ja sen viimeiseen osaan asennetusta suodatinhiekasta (Fostop). Suodatinhiekkakerroksen paksuus on 600 mm. Malleja on kaksi, tyyppi 1 ja tyyppi 2. Ne eroavat toisistaan lähinnä hydrauliikaltaan. Tyypissä 1 jätevesi kulkee suodatinhiekan läpi horisontaalisesti. Tyypin 1 rakenne on esitetty kuvassa 6.19. Kuva 6.19 Plancof - sakosuodattimen rakenne, tyyppi 1. Tutkimuksen laajassa seurannassa on ollut kolme Plancofin sakosuodatinta, joista kaksi tavanomaisessa käytössä asuinkiinteistöissä. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.18. Koska puhdistamot ovat erityyppisiä, keskiluvut on laskettu ottamatta huomioon puhdistamoa 160, jossa käsitellään aivan erityyppistä jätevettä. Samasta syystä puhdistamotyypin toimivuuden yleinen arviointi ei ole mahdollista. Yksittäiset tulokset kuitenkin osoittavat, että tyyppi 1:llä on mahdollista saavuttaa hyvä puhdistustulos. Puhdistamoiden toimivuuden tarkistamista on hankaloittanut niiden painavat kannet, jotka toisaalta lisäävät piha-alueiden turvallisuutta. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet on esitetty kuvassa 6.20. Taulukko 6.18 Plancofin sakosuodattimen lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset. puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. Plancof lukumäärä (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (kpl/100 ml) 159 4 65 89 2,1 59 0,1 800 160 347 6 0,39 0,6 7 161 4 160 280 10 100 0,0 450 000 keskiarvo (ei 160) 100 190 6 80 0 230 000 mediaani (ei 160) 100 190 6 80 0 230 000 95
Kuva 6.20 Plancofin sakosuodattimen lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. Juurakkopuhdistamo Juurakkopuhdistamo kuuluu kasvi- ja kosteikkopuhdistamoiden ryhmään. Jäteveden puhdistuminen perustuu suodattumiseen, jota tehostaa kasvien kyky sitoa jäteveden sisältämiä aineita. Jätevesi johdetaan puhdistamon alkupäähän, josta se suotautuu horisontaalisesti juurakkovyöhykkeen läpi. Juurakkopuhdistamossa kasvina on yleisimmin käytetty järviruokoa. Puhdistusprosessissa tarvittavaa happea kulkee prosessiin kasvien varsien ja juuriston kautta. Tutkimuksessa on ollut mukana yksi juurakkopuhdistamo. Keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.19. Koska puhdistamotyyppiä on ollut tutkimuksessa vain yksi, ei menetelmän toimivuuden yleistä arviointia ole mahdollista tehdä. Yksittäiset tulokset kuitenkin osoittavat, että puhdistamotyypillä on mahdollista saavuttaa hyvä puhdistustulos. Lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuus on esitetty kuvassa 6.21. Taulukko 6.19 Juurakkopuhdistamon lähtevän jäteveden keskimääräiset tulokset puhdistamo näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. juurakko lukumäärä mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 168a sora 323 19 4,6 130,0 760 168b multa + sora 336 5 2,5 6 0,0 23 keskiarvo 30 12 4 10 0 390 mediaani 30 12 4 10 0 390 96
Kuva 6. 21 Juurakkopuhdistamon lähtevän jäteveden BOD 7 ja fosforipitoisuudet. 6.7 Johtopäätökset Puhdistamotyyppien keskimääräiset tulokset on esitetty taulukossa 6.20. Lähtevän jäteveden BOD 7 -arvot ja fosforipitoisuudet näkyvät myös kuvassa 6.22. Esitetyt arvot ovat puhdistamokohtaisten tulosten keskiarvojen mediaaneja. Tulokset siis edustavat kunkin puhdistamotyypin keskinkertaista puhdistamoyksilöä. Tulokset on esitetty puhdistamoiden lukumäärän mukaisessa järjestyksessä. Taulukko 6.20 Puhdistamotyyppien tulosten mediaanit. Puhdistamotyyppi puhdistamoiden näytteiden kiintoaine BOD 7 Kok-P Kok-N NO 3+2 -N fek.kolif. lukumäärä lukumää (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l ) (kpl/100 ml) Tavallinen maasuodatin 1349 10 8 2,6 48 28 750 Fosforia sitovalla kerroksella varustettu maasuodatin 9 31 11 5 7,9 78 17 1 500 Maasuodatin + kasettisuodatin -yhdistelmä 4 36 11 11 8,1 110 76 380 Green Pack perusmalli 4 28 47 38 12 80 15 61 000 Green Pack Sako 4 41 36 79 15 110 0,6 1 800 000 Propipe 1400 Filt 4 33 94 150 12 87 0,1 69 000 Green Pack F 326 80 6314 90 0,4 73 000 Plancofin sakosuodatin asuntokiinteistöjen käytössä 2 8 110 190 6,2 80 0,1 225 000 Tehostettu vaakavirtausmaasuodatin 1 4 2 5 2,1 49 21 1 500 Green Pack Bio 1 4 43120 10,0 77 0,0 210 000 Ekoran panospuhdistamo 1 11 37 27 12,0 120 42 760 000 Juurakkopuhdistamo 1 6 30 12 3,5 10 0,0 390 97
Kuva 6.22 Lähtevän jäteveden BOD 7 -arvojen ja fosforipitoisuuksien mediaanit 98
Johtopäätösten tekemisessä on oltava varovainen erityisesti niiden puhdistamotyyppien kohdalla, joita tutkimuksessa on ollut mukana vain yksi tai kaksi. Lisäksi on muistettava, että puhdistustulosten vertailu perustuu lähtevän jäteveden pitoisuuksiin, mikä ei ota huomioon tulevan jäteveden laatua. Ainakin puhdistamoiden 102 (Green Pack perusmalli) ja 105 (Green Pack F) tuleva jätevesi ja puhdistamon 101 (Green Pack Sako) tulevan jäteveden BOD 7 on kahden näytteenottopäivän perusteella ollut normaalia väkevämpää. Parhaiten ovat biologisesti toimineet kaikki neljä maasuodatintyyppiä. Myös Ekoran panospuhdistamo ja juurakkopuhdistamo ovat yltäneet hyvään BOD - tulokseen. Niiden tulokset eivät kuitenkaan ole yleistettävissä, koska molempia oli tutkimuksessa vain yksi puhdistamo. Kivikuitusuodattimien toiminta on ollut vaihtelevaa. Tulokset kuitenkin osoittavat, että ainakin Green Pack perusmalli voi yltää hyvään puhdistustulokseen,. Fosforituloksista parhaimmat ovat tavallisella maasuodattimella ja tehostetulla vaakavirtausmaasuodattimella. Kalkkisuodinmenetelmän toimivuus fosforinpoistossa (Propipe 1400 Filt) on ollut vaihtelevaa. Tukkeutumiset ovat huonontaneet tuloksia. Puhdistamossa 117 on käytetty erityyppistä suodinmassaa ja teho fosforin ja bakteerien suhteen on ollut hyvä. Prosessin hapellisuus selittää puhdistamoiden biologista toimivuutta. Nitrifikaation yhteyttä hyvään biologiseen toimivuuteen on selostettu edellä puhdistamotyyppien yhteydessä. Prosessin tuuletus siis näyttää olevan ensiarvoisen tärkeä pyrittäessä jäteveden biologisen hapenkulutuksen vähentämiseen. Toinen tärkeä seikka on asennus. Joissakin puhdistamoissa oli asennusvirheitä, jotka häiritsivät puhdistamon toimintaa. Kolmas huomiota vaativa tekijä on kiintoainepitoisuus. Kiintoaineen karkaaminen saostuskaivosta varsinaisen puhdistamon puolelle estetään saostuskaivon oikealla hydrauliikalla, lähtevän jäteveden T-yhteillä ja riittävän tiheillä saostuskaivojen tyhjennyksillä. Etsittäessä tekijöitä pienten yksiköiden jätevedenkäsittelyn toimivuudelle tai toimimattomuudelle voidaan tutkimuksen perusteella todeta, että tekijöitä on useita kuten oikea menetelmä, virheetön toteutus, ylläpito, valvonta ja puhdistamon toimintavarmuus. Kaikkien tekijöiden tulee olla kunnossa, jotta puhdistamolla saavutettaisiin se puhdistustulos, joka sillä on mahdollista saavuttaa ja johon on investoitu. Toimintavarmuus Tutkimustulokset osoittavat, että kaikilla tutkimuksessa mukana olevilla puhdistamotyypeillä voidaan saavuttaa vähintään tyydyttävä puhdistustulos sen parametrin suhteen, johon prosessilla ensisijaisesti halutaan vaikuttaa. Seikka, että toimivuustavoite ei käytännössä toteudu, johtuu muista puhdistamoon liittyvistä tekijöistä kuin sillä teoreettisesti saavutettavissa olevasta tuloksesta. Tätä ominaisuutta ilmaisemaan voidaan käyttää termiä toimintavarmuus. Puhdistamon tulee muun muassa kestää vaihtelevaa kuormitusta sekä eritasoista ylläpitoa ja toimivuuden valvontaa. Joidenkin tyyppien toimintavarmuus on parempi kuin toisten eli joissakin puhdistamoissa esiintyy vähemmän toimintahäiriöitä kuin toisissa. Hajasampo-projektin eräs tarkoitus on erityisesti ollut seurata toimivuutta käytännön olosuhteissa; tilanteessa, jossa ammattitaitoista henkilökuntaa ei ole koko ajan vaalimassa puhdistamolaitteita ja prosesseja. Tämä tilanne saavutettiin molemmilla koealueilla Lounais-Suomen alueella ja Pirkanmaalla. Puhdistamoiden toimivuudesta vastasivat kiinteistönhaltijat itse. Näytteenoton ja toimivuustarkastusten yhteydessä tutkimusprojektin henkilökunta kirjasi puhdistamon toi- 99