Maatalouden valumavesien suodattimet ravinteiden sitojamateriaalikokeiden tuloksia Henri Vaarala Valumavesien hallinta ja käsittely muuttuvassa ilmastossa Loppuseminaari 9.12.2014 1
Suodattimet valumavesien puhdistuksessa Historiaa 2
Pyhäjärven valumaalueella toteutettuja vesiensuojelutoimia Kohteita toteutettu eri rahoituksella - Maanomistajat, ympäristötukijärjestelmä - Ympäristökeskus = ELY-keskus - Pyhäjärvi LIFE - EU -hankkeet - Pyhäjärven suojeluohjelma (ent. suojelurahasto) - Kunnat 3
Pyhäjärvi LIFE 1996-2000 + muut hankkeet Jokiuoman suuntaiset kalkkihiekkasuodinojat Isot suodatinkentät Ojanpohjasuodattimet Tehoaineina kalkki, Fosfilt ja/tai rautapitoinen kipsi Kirkkala, T., Ventelä, A.-M. and Tarvainen, M. 2011. Long-Term Field-Scale Experiment on Using Lime Filters in an Agricultural Catchment. Journal of Environmental Quality. Vol 40. Accepted. Väitös: Kirkkala, T. 2014. Long-term nutrient load management and lake restoration: case of Säkylän pyhäjärvi (SW Finland), Turun Yliopisto. Imponojan suodatin 2010, VINKU -hanke 4
Kiimassuonojan suodatin Erilaisia rakenteita, eri kokoisia.. Mäki-Laurilan suodatin, Ylhäältä alaspäin suodatus 0,2 m +59,50 Kiimassuon suodatin, Alhaalta ylöspäin suodatus collecting pipes (d=80 mm) geotextile 0,9 m gravel (3-6 mm) lime-sand or lime-fosfilt mixture 0,2 m percolation +58,20 dividing pipes (d=40) 5
1.6.1997 1.12.1997 1.6.1998 1.12.1998 1.6.1999 1.12.1999 1.6.2000 1.12.2000 1.6.2001 1.12.2001 1.6.2002 1.12.2002 1.6.2003 1.12.2003 P tot µg/l Kulmapelto ojanpohjasuodatin 600 500 Incoming Filtrated 400 300 200 100 0 Nämähän näyttää toimivan!!!! Uusia suodatinkohteita, uusia kokeiluja, uusia ravinteiden sitoja-aineita VALUMAVESI -hankkeessa 6
Valumavesien hallinta ja käsittely muuttuvassa ilmastossa hankkeen kokeiluja HAASTEET: Uudet sitoja-aineet? Kierrätettävyys!? = ravinteet kiertoon Kohteen oltava mahdollisimman vähän huoltoa vaativa = käytettävyys Pienimuotoisia rakenteita = kustannustehokkaita 7
Sachtofer PR rae (rautahydroksidi, poltettu kalkki, vesi) Sachtleben pigments Oy Vuosimalli 2011 Räpin koetila: sachtofer PR -säkit Fosforisiepparisäkit testi 5 kpl peräkkäin maatalousojaan vesi rakeiden läpi Vesi ohjataan vanerilla säkkiin, jossa n. ½ m³ Sachtofer PR raetta 8
60611 140611 210611 280611 60711 130711 260711 100811 250811 80911 200911 PO4-P ug/l 60611 140611 210611 280611 60711 130711 260711 100811 250811 80911 200911 Kok P ug/l RÄPIN SÄKIT Säkit asennettu 1.6.2011 300 250 200 Control Räpi yp Räpi ap 150 100 50 0 Havaintoja: - säkin verkko liian pienisilmäistä tukkeutuuu ohivirtaus + huolto RÄPIN SÄKIT Lopputulema: 60 50 40 Control Räpi yp Räpi ap Toimivuus heikko! 30 20 10 0 9
Vuosimalli 2012: Suodatinpatoketju (4 kpl patoja, Sachtofer PR) - 2 osainen V-aukkoinen vesivaneripato - Aukkojen kohdalla teräsritilä (8 mm) - Patojen välissä Sachtofer rakeet n. ½ m³ Vesi suodattuu rakeiden läpi, joka sitoo fosforin Automaattimittari seuranta YP/AP + vesinäytteet Silmäkoko 8mm 10
Ei tämäkään mennyt niin kuin Strömsössä Vuosimalli 2012: Suodatinpatoketju (4 kpl patoja, Sachtofer PR) Reiät tukkeutui kesän aikana vesi kulki yli rakeiden, ei läpi harjoittelija harjasi verkkoa kesän aikana 11
18.5.2012 21.5.2012 24.5.2012 27.5.2012 30.5.2012 2.6.2012. 5.7.2012 8.7.2012 11.7.2012 14.7.2012 17.7.2012 3.8.2012 6.8.2012 9.8.2012 12.8.2012 15.8.2012 31.8.2012 3.9.2012 6.9.2012 9.9.2012. 26.10.2012 29.10.2012 1.11.2012 4.11.2012 7.11.2012 22.11.2012 25.11.2012 28.11.2012 1.12.2012 Kok P µg/l Padot asennettu 18.5. 300 250 200 RÄPIN PADOT Vedenlaatumittari + vesinäytteet Patoketjun yläpuoli Patoketjun alapuoli 150 100 50 0 12
Vuosimalli 2012-2014 SUODATINKASETTIKOKEILUT Salaojavesien puhdistukseen Salaojaston purkuputken päähän rakennettiin näytteenottokaivot Näytteenotoilla haettiin ravinteikas kokeilukohde SUODATINKASETTI X: Räpin koetila: Peltopintaala 5,2 ha 2012: Suodatinaineena Sachtofer PR 2013-2014: Nordkalkin kalsiumhydroksidi granula Tavoitteena sitoa fosforia, erityisesti liukoista fosforia 13
Suodatinkasetin toimintaperiaate SUODATINKASETTIKOKEILUT 2012 14
2012: Suodatinaineena Sachtofer PR Ei kierrätettävä materiaali! Poistunut kaupallisesta tuotannosta Pitoisuuden muutos: Kok P: AP - 9 % PO4-P: AP 25 % 15
15.8. K 17.9. 19.9. K 24.9. 9.10. K 17.10. 23.10. 7.11. 19.11. K 27.11. PO4-P µg/l 15.8. K 17.9. 19.9. K 24.9. 9.10. K 17.10. 23.10. 7.11. 19.11. K 27.11. Kok P µg/l 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Yläpuoli Alapuoli Räpin kasetti (Hiekka+Nordkalk) 2013 tuloksia Suodatinaineena: kalsiumhydroksidi (Nordkalk)+hiekka 50/50 K= kokoomanäyte 300 250 Räpin kasetti (Hiekka+Nordkalk) Yläpuoli Alapuoli Pitoisuuden muutos: Kok P: AP - 56% PO4-P: AP 94 % 200 150 100 50 0 K= kokoomanäyte 16
15.8. K 17.9. 19.9. K 24.9. 9.10. K 17.10. 23.10. 7.11. 19.11. K 27.11. ph 14 Yläpuoli Alapuoli Räpin kasetti (Hiekka+Nordkalk) 2013 tuloksia kalsiumhydroksidi+hiekka 12 10 - ph nousee 8 6 4 2 0 K= kokoomanäyte 17
PO4-P µg/l Kok P µg/l ph 2014 Tuloksia Kuiva kesä, vähän näytteitä! 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 250 200 150 100 50 0 840 430 14 23 20.8.2014 11.11.2014 230 180 2 3 20.8.2014 11.11.2014 Yläpuoli Alapuoli Yläpuoli Alapuoli 14 12 10 8 6 4 2 0 20.8.2014 11.11.2014 Saattaisihan tällainen kasettisuodatin toimiakkin KYSYMYKSIÄ HERÄÄ: Yläpuoli Alapuoli - Kuinka suuri laatikon koko vs valumaaluehehtaari? - Kuinka pitkään sitojarae toimii? - Vesinäytteiden vähyys, virtaamat? - ph:n nousu alapuolinen vesistö? - Lisää kasettisuodatinkohteita 18 seurantaan!
Vuosimalli 2014: Ojanpohjasuodattimet Kyläniitynoja, Kiukainen - Suodatinmateriaalina kalsiumhydroksidi (20%)+hiekka 2-8 mm (80%), 20-30 cm kerros. Päällä kivi 20-50 mm jakokerroksena - Suodattimen pituus 40 m - Pohjalla 4 salaojaputkea - Vesivaneripato - Vesi pakotetaan padottamalla suodattumaan ylhäältä alaspäin 19
Suodatinmateriaali Jakokerros 20
30.10.2014 21
Kyläniitynoja Rakennettu 4.9.2014 Ensimmäinen näyte saatiin vasta 30.10-30.10 kaikki vesi suodattimen läpi - 4.11 ja 11.11 virtausta yli/ohi suodattimen - 30.10.Suodattimen alapuolella vesi sameaa (kiintoainesta), joka ilmeisesti peräisin kaivusta ja suodattimesta 22
Perkolan ojanpohjasuodatin, metsätalouden kohde Rakennettu lokakuun puoliväli 2014. Ennen 23 suodatinta eroosiosuojaus ja pohjapatoketju kiintoainesta pois ennen suodatinta
Perkolan ojanpohjasuodatin, metsätalouden kohde Näytemäärät vielä vähäisiä. Kaivun vaikutukset näkyivät maastossa näytteenottojen yhteydessä. Kuva: 4.11.2014, pieni ohivirtaama (11.11. ohivirtaama suurempi) 24
Ojanpohjasuodattimet pohdintaa: Suhteellisen edullinen (n. 2000 /kohde) Padotusvaatimus pieni. +++! Suodattimen vedenkäsittelykapasiteetti pieni Soveltuvat ehkä parhaiten pienien valuma-alueiden ojiin, joissa ravinnepitoisuudet korkeat Lisää salaojaputkia ojan pohjalle kapasiteetti kasvaa? ph nousee alapuolinen vesistö?! Kiviniitynoja 2.12.2014 25
Suodatinkokeilut VALUMA - hankkeessa Uusia sitojamateriaaleja löytyi vähän.. Erilaisia suodatinratkaisuja kokeiltiin Kasettisuodatin näyttäsi toimivan Nordkalkin granula toimii, mutta kuinka pitkään? Erityisesti liukoiseen fosforiin Pitkäaikainen seurantajakso puuttuu Hiekka/granula suhde? Kalsiumhydroksidi granula on kierrätettävä materiaali!! = ravinteet kiertoon?! Ojanpohjasuodattimien jatkokehitys, kapasiteetin parantaminen? Uusia sitojamateriaaleja haetaan maailmanlaajuisesti!! 26
KIITOS MIELENKIINNOSTA! Henri Vaarala Suunnittelija Pyhäjärvi-instituutti 27